KR101944288B1 - Laminated, leak-resistant chemical processors, methods of making, and methods of operating - Google Patents

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제니퍼 엘 마르코
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Abstract

본 발명은 판들을 함께 조립되어 용접된 라미네이트형 장치(특히, 마이크로채널 장치)의 제조 방법을 제공한다. 종래의 마이크로채널 장치와 달리, 본 발명의 라미네이트형 장치는 브레이징 또는 확산 접합없이 수행될 수 있어 제조 시 현저한 이점을 제공할 수 있다. 또한, 팽창 접합 및 외부 용접 지지부와 같은 특징도 설명한다. 또한, 라미네이트형 장치와 라미네이트형 장치에서의 유닛 조작 수행 방법도 설명한다.The present invention provides a method of manufacturing a laminated device (particularly a microchannel device) welded together by plates. Unlike a conventional microchannel device, the laminated device of the present invention can be performed without brazing or diffusion bonding, which can provide significant advantages in manufacturing. Features such as expansion joints and external weld supports are also described. A method of carrying out a unit operation in a laminated type apparatus and a laminated type apparatus is also described.

Description

라미네이트형 누설 저항 화학적 프로세서, 이의 제조 방법 및 작동 방법 {LAMINATED, LEAK-RESISTANT CHEMICAL PROCESSORS, METHODS OF MAKING, AND METHODS OF OPERATING}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a laminate type leakage resistance chemical processor, a manufacturing method thereof, and a method of manufacturing the same.

본 출원은 2010년 10월 18일자로 출원한 미국 가출원 제61/394,328호 및 2011년 2월 9일자로 출원된 61/441,276호를 우선권으로서 주장한다.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 61 / 394,328, filed October 18, 2010, and 61 / 441,276, filed February 9, 2011,

마이크로채널 기술에서의 종래의 사상은 마이크로채널 열교환기에서의 최적의 열교환은 확산 접합 및/또는 브레이징에 의해서만 얻어질 수 있다는 것이다. 이러한 방법은 층들 사이의 인접 금속 인터페이스의 형성에 의지한다. 이러한 인접 인터페이스는 층들 사이의 열접촉 저항을 제거하고 열제거 챔버로의 방열 반응으로부터 높은 수준의 열을 제거하거나 또는 방열 작용에 열을 부가하는 데 필요하다고 믿어진다.The conventional idea in microchannel technology is that the optimal heat exchange in the microchannel heat exchanger can only be obtained by diffusion bonding and / or brazing. This method relies on the formation of adjacent metal interfaces between the layers. This adjacent interface is believed to be necessary to eliminate the thermal contact resistance between the layers and to remove high levels of heat from the heat dissipation reaction to the heat rejection chamber or to add heat to the heat dissipation.

브레이징은 구성 재료의 녹는 온도 이하의 온도에서 녹는 중간층 재료의 첨가가 요구된다. 중간층은 확산 브레이징 또는 브레이징 프로세스 중에 액체로 된다. 액체 중간층은 재료들이 함께 접합되도록 갭 또는 간극을 채우도록 유동한다. 또한, 중간층은 유동하여 확산되므로, 중간층으로부터의 재료는 모재로 확산될 수 있고 모재로부터의 재료는 중간층으로 확산될 수 있다. Brazing requires the addition of an interlayer material that melts at a temperature below the melting temperature of the constituent material. The intermediate layer becomes liquid during the diffusion brazing or brazing process. The liquid interlayer flows to fill the gaps or gaps so that the materials are bonded together. Further, since the intermediate layer flows and diffuses, the material from the intermediate layer can be diffused into the base material, and the material from the base material can be diffused into the intermediate layer.

확산이 진행될 때, 중간재의 국부적 조성을 변화시킨다. 또한, 최대 온도에 도달한 후 온도가 하강될 때, 액체 중간층은 고화되고 2 개의 모재층 사이의 간극을 충전한다. 고화가 온도 또는 조성에 의해 진행될 수 있다. 후자의 경우, 아인산 또는 붕소와 같은 녹는점 억제제가 중간층이 모재보다 저온에서 녹게 하도록 첨가될 수 있다. 유사한 예에서, 확산 접합 장치도 열전달층들 사이에서 긴밀한 열접촉부를 형성한다.As diffusion proceeds, the local composition of the intermediate material is changed. Further, when the temperature is lowered after the maximum temperature is reached, the liquid intermediate layer solidifies and fills the gap between the two base material layers. The solidification can proceed by temperature or composition. In the latter case, a melting point depressant such as phosphorous acid or boron may be added so that the intermediate layer melts at a lower temperature than the parent material. In a similar example, the diffusion joining device also forms a tight thermal contact between the heat transfer layers.

제1 실시예에서, 본 발명은 바닥 시트 및 상부 시트를 포함하는 라미네이트된 장치를 제공하는 단계로서, 상부 시트면과 바닥 시트면 사이에 갭이 배치되는[상부 및 바닥 시트는 서브조립체의 일부일 수 있다는 점을 알아야 함] 단계와, 갭 높이보다 적어도 1 % 이상(바람직하게는 2 % 이상, 몇몇 실시예에서는 1 내지 10 % 이상)인 높이를 갖는 열전도성 핀 인서트를 제공하는 단계와, 상기 갭에 핀 인서트를 배치하는 단계와, 핀 인서트가 갭 안에 끼워지게 변형되도록 시트를 압박하는 단계를 포함한다.In a first embodiment, the present invention provides a laminated device comprising a bottom sheet and an upper sheet, wherein a gap is disposed between the top sheet surface and the bottom sheet surface, wherein the top and bottom sheets are part of a subassembly , Providing a thermally conductive pin insert having a height that is at least 1% (preferably at least 2%, and in some embodiments at least 1 to 10%) greater than the gap height; Placing the pin insert in the gap, and pressing the sheet such that the pin insert is deformed to fit within the gap.

인서트는 촉매 코팅을 가질 수도 있고 가지지 않을 수도 있다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 최종 장치는 예로써 분쇄된 벽들이 모두 동일 방향으로 휘어지지 않거나 또는 교대 방향으로 휘어지지 않는 불규칙 방식으로 변형되는 불규칙 구성을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 핀은 주로(50 %보다 큰, 바람직하게는 80%보다 큰) 동일한 방향으로 휘어진다. 압축 핀은 주름형 시트에 존재하는 것과 같은 규칙적 형상을 갖지 않는다.The insert may or may not have a catalyst coating. In some preferred embodiments, the final device has an irregular configuration in which, for example, the crushed walls are not all bent in the same direction or are deformed in an irregular manner that does not bend in an alternating direction. In some embodiments, the fins are bent in the same direction (greater than 50%, preferably greater than 80%). The compression pin does not have the regular shape as it exists in the pleated sheet.

몇몇 양호한 실시예에서, 바닥 및/또는 상부 시트면은 표면으로부터 돌출되는 용접선을 갖고, 몇몇 양호한 실시예에서는 시트가 시트의 길이 또는 폭의 적어도 50%(바람직하게는 적어도 80%)의 연속 길이를 갖는 하나 이상의 내부 용접선을 포함하고, 핀 인서트의 적어도 일측면은 하나 이상의 용접선 상에 적어도 부분적으로(바람직하게는 완전하게) 놓여진다. 바람직하게, 인서트를 통과하는 유동 방향은 용접선에 수직이다. 놀랍게도, 용접선이 반응 챔버[즉, 프레스-핏(press-fit) 첨가 촉매를 함유한 챔버]와 열교환기 사이에 개재되는 경우에도 이들 용접선의 존재로 양호한 열전달이 얻어진다는 점을 발견하였다 몇몇 실시예에서, 핀 인서트는 상부 또는 바닥면에 용접된 택(tack)이고, 보다 바람직한 실시예에서, 핀 인서트는 프레스-핏에 의해 제위치에 보유되고 용접에 의해 어느 하나의 면에 접합되지 않는다. 바람직하게, 핀은 마이크로채널 내에 배치되고, 그리고/또는 인접 열 교환기는 마이크로채널을 포함한다.In some preferred embodiments, the bottom and / or top sheet surface has a weld line projecting from the surface, and in some preferred embodiments the sheet has a continuous length of at least 50% (preferably at least 80%) of the length or width of the sheet And at least one side of the fin insert is at least partially (preferably completely) laid on at least one weld line. Preferably, the direction of flow through the insert is perpendicular to the weld line. Surprisingly, it has been found that good heat transfer is obtained by the presence of these weld lines even when the weld line is interposed between the heat exchanger and the reaction chamber (i.e., the chamber containing the press-fit addition catalyst) The pin insert is a tack welded to the top or bottom surface and in a more preferred embodiment the pin insert is held in place by the press-fit and is not bonded to either side by welding. Preferably, the fins are disposed in a microchannel, and / or the adjacent heat exchanger comprises a microchannel.

본 명세서에서 설명하는 모든 방법의 경우, 본 발명은 이러한 방법에 의해 형성된 장치도 포함한다. 또한, 하나 이상의 유닛 조작을 수행하기 위한 방법에 의해 형성된 장치의 조작법도 포함한다. 바람직하게, 본 명세서에서 설명한 장치는 하나 이상의 유닛 조작을 수행하기에 적합한 화학적 프로세스다.For all of the methods described herein, the present invention also encompasses devices formed by such methods. It also includes an operation of the apparatus formed by the method for performing one or more unit operations. Preferably, the apparatus described herein is a chemical process suitable for performing one or more unit operations.

다른 태양에서, 본 발명은 프로세스 챔버에 연결된 유체 입구 및 프로세스 챔버에 연결된 유체 출구를 갖는 장치와, 프로세스 챔버와 열접촉하는 열 교환기를 포함하고, 상기 프로세스 챔버는 갭과 갭에 배치되고 갭의 상부 및 바닥과 접촉하는 열전도성 핀 인서트를 포함하고, 상기 핀 인서트는 갭 내의 핀 인서트의 적어도 1% 압축에 의해 야기되는 불규칙적 형상을 갖는다. 이러한 장치에서, 핀 인서트의 높이가 (스택 높이와 동일한 방향의 높이인) 핀 높이의 적어도 1 %, 바람직하게는 적어도 2 %, 몇몇 실시예에서는 적어도 5 %, 다른 실시예에서는 1 내지 10 %의 범위만큼 변형되도록 상기 불규칙적인 형상은 갭의 어느 한 측면에서의 시트의 압축에 의해 생성된다.In another aspect, the present invention provides an apparatus comprising a device having a fluid inlet connected to a process chamber and a fluid outlet connected to the process chamber, and a heat exchanger in thermal contact with the process chamber, wherein the process chamber is disposed in a gap and a gap, And a thermally conductive pin insert in contact with the bottom, the pin insert having an irregular shape caused by at least 1% compression of the pin insert in the gap. In such an apparatus, the height of the pin insert is at least 1%, preferably at least 2%, in some embodiments at least 5%, and in other embodiments from 1 to 10% of the pin height (height in the same direction as the stack height) The irregular shape is generated by compression of the sheet on either side of the gap such that it is deformed by a range.

이러한 장치는 본 명세서에서 설명한 임의의 특징을 포함할 수 있다. 예로써, 몇몇 양호한 실시예에서, 인서트는 촉매 코팅을 갖지 않고, 몇몇 양호한 실시예에서, 촉매 입자는 갭에 존재한다. 도전성 핀 인서트는 핀 섹션 내에 발생하는 프로세스로부터 인접한 열 교환층으로의 열을 이동시키는 핀이다. 바람직하게, 핀 인서트는 열 전달층의 구성 재료보다 높은 열 전도성을 갖는 재료로 제조된다. 몇몇 실시예에서, 도전성 핀 인서트는, 도전성 핀 구조체 내에 배치된 촉매의 유효 열 전도성의 10 배보다 큰 보다 바람직하게는 100배보다 큰 열 도전성을 갖는다. 대부분의 재료에 대해, 열전도성은 공지되어 있고, 만일 그렇지 않다면 표준 ASTM 방법을 사용하여 측정될 수 있다.Such a device may include any feature described herein. By way of example, in some preferred embodiments, the insert has no catalyst coating, and in some preferred embodiments, the catalyst particles are in the gap. The conductive pin insert is a fin that transfers heat from the process occurring within the fin section to the adjacent heat exchange layer. Preferably, the fin insert is made of a material having a higher thermal conductivity than the constituent material of the heat transfer layer. In some embodiments, the conductive pin insert has a thermal conductivity greater than 10 times, and more preferably greater than 100 times, the effective thermal conductivity of the catalyst disposed within the conductive pin structure. For most materials, the thermal conductivity is known and, if not, can be measured using standard ASTM methods.

다른 태양에서, 본 발명은 청구항 2의 장치의 프로세스 챔버 안으로 적어도 하나의 반응물을 통과시키는 단계와, 프로세스 챔버 안에서 프로세스를 수행하는 단계와, 동시에 프로세스 챔버와 열 교환기 사이에서 열 교환하는 단계를 포함하는 화학 반응 수행법을 제공한다.In another aspect, the present invention is directed to a process for preparing a composition comprising the steps of passing at least one reactant into a process chamber of the apparatus of claim 2, performing a process within the process chamber, and simultaneously exchanging heat between the process chamber and the heat exchanger Provides a chemical reaction method.

또 다른 태양에서, 본 발명은 제1 서브조립체 또는 제1 시트와 제2 서브조립체 또는 제2 시트를 제공하는 단계와, 용접 단일 시트를 형성하도록 제1 및 제 시트의 용접 에지 또는 조합된 서브조립체층을 형성하기 위해 제1 조립체의 에지를 제2 조립체의 에지에 용접하는 단계와, 상기 용접 단일 시트 또는 조합층을 이상의 층 또는 시트로 적층하는 단계와, 라미네이트형 장치를 형성하도록 적층된 층 또는 시트를 접합하는 단계를 포함하고, 상기 제1 서브조립체 또는 제1 시트는 채널의 제1 평행 어레이를 포함하고, 제2 서브조립체 또는 제2 시트는 채널의 제2 평행 어레이를 포함하고, 제1 서브조립체 또는 제1 시트와 제2 서브조립체 또는 제2 시트 사이에는 교차점이 없다.In yet another aspect, the present invention provides a method of manufacturing a welded edge, comprising providing a first subassembly or first sheet and a second subassembly or second sheet, Depositing the welded single sheet or combination layer with at least one layer or sheet; and depositing a layer or layers laminated to form a laminate-like device, Wherein the first subassembly or first sheet comprises a first parallel array of channels and the second subassembly or second sheet comprises a second parallel array of channels, There is no intersection between the subassembly or first sheet and second subassembly or second sheet.

제1 및 제2 시트에서의 채널이 혼합되는 교차채널이 없더라도, 평행 채널의 제1 및 제2 어레이는 공통의 헤더(header) 및/또는 풋터(footer)를 공유할 수 있다. 이러한 방법의 일 실시예에서, 시트(또는 복수의 시트를 포함하는 서브조립체)는 4개의 피스로 절단되고 이들 4개의 피스는 그들의 에지를 따라 함께 이측(back) 용접되고 - 이러한 것은 시트를 절단하고 전에 절단된 에지를 따라 재접합하는 반직관적인 프로세스이다. 그럼에도 불구하고, 이러한 프로세스는 현저하게 뒤틀림을 감소시켜 우수한 라미네이트형 제품을 제조할 수 있게 한다는 것을 발견하였다. 이러한 방법의 몇몇 넓은 태양에서, 제1 및 제2 시트(또는 서브조립체)는 공통의 피스로부터 절단되지 않고, 별도로 얻어질 수 있다. 바람직하게, 스택층은 동일한 폭과 길이(몇몇 실시예에서 길이와 폭의 5 %이내, 몇몇 실시예에서 길이와 폭의 1% 이내)이다. 절단(및 재접합 용접)은 채널 길이에 평행하게 수행되어야 하며, 이러한 방향에서 차단 또는 불연속 채널을 형성할 위험이 없다.The first and second arrays of parallel channels may share a common header and / or footer, although there is no cross channel in which the channels in the first and second sheets are mixed. In one embodiment of this method, the sheet (or a subassembly comprising a plurality of sheets) is cut into four pieces and the four pieces are welded together back along their edges - this cuts the sheet It is a semi-intuitive process of rejoining along the edge that was cut before. Nonetheless, it has been found that this process significantly reduces warpage, making it possible to produce superior laminate-like products. In some broad aspects of this method, the first and second sheets (or subassemblies) can be obtained separately without being cut from a common piece. Preferably, the stack layer is of the same width and length (within 5% of length and width in some embodiments, and within 1% of length and width in some embodiments). The cutting (and re-welding) should be performed parallel to the channel length, and there is no risk of forming a blocking or discontinuous channel in this direction.

몇몇 양호한 실시예에서, 폭:높이, 및 길이:높이에서 제1 서브조립체의 어스펙비(aspect ratio)는 2보다 크고, 바람직하게는 10보다 크다. 몇몇 양호한 실시예에서, 폭:높이, 또는 길이:폭에서 제1 시트 또는 제1 서브조립체의 어스펙비는 1.5 이상, 보다 바람직하게는 2 이상, 몇몇 실시예에서는 4 이상이다. 높이는 적층 높이를 언급하고, 폭과 길이는 상호 수직이고, 길이는 시트를 따르는 유체 유동의 방향이다. 바람직하게, 제1 서브조립체 또는 제1 시트는 적어도 5개의 제1 평행 채널(바람직하게는 마이크로채널)을 갖고, 제2 서브조립체 또는 제2 시트는 적어도 5개의 제2 평행 채널(바람직하게는 마이크로채널)을 갖고, 제1 및 제2 서브조립체 또는 시트는 에지를 따라 접합되어 시트 또는 서브조립체에서 제1 평행 채널이 제2 평행 채널에 평행하고, 바람직하게 단일 매니폴드는 제1 및 제2 평행 채널 모두의 기능을 한다. 바람직하게, 제 1및 제2 서브조립체 또는 시트는 접합되어 제1 및 제2 조립체 또는 시트에서의 인접 평행 채널들은 폭방향(길이는 장치를 통과하는 유동의 넷(net)방향에 평행)에서 2 ㎝ 이내이고, 보다 바람직하게는 1 ㎝ 이내가 된다. 최종 장치는 시트의 세그먼트를 연결하는 것으로 생각되는 용접부를 갖는 시트를 포함한다. 몇몇 양호한 실시예에서, 특히 제1 시트 또는 제1 서브조립체의 폭:높이 또는 길이:높이의 어스펙비가 1보다 큰 경우, 하나 이상(바람직하게는 모두)의 서브조립체를 평탄화하는 단계가 에지를 함께 용접하기 전에 수행된다.In some preferred embodiments, the aspect ratio of the first subassembly at width: height, and length: height is greater than 2, and preferably greater than 10. In some preferred embodiments, the aspect ratio of the first sheet or first subassembly at width: height, or length: width is at least 1.5, more preferably at least 2, and in some embodiments at least 4. Height refers to lamination height, width and length are mutually perpendicular, and length is the direction of fluid flow along the sheet. Preferably, the first subassembly or first sheet has at least five first parallel channels (preferably microchannels) and the second subassembly or second sheet has at least five second parallel channels, Channel), and the first and second subassemblies or sheets are joined along the edge such that the first parallel channel in the sheet or subassembly is parallel to the second parallel channel, preferably a single manifold is disposed between the first and second parallel It functions as both channels. Preferably, the first and second subassemblies or sheets are bonded such that the adjacent parallel channels in the first and second assemblies or sheets are oriented in a transverse direction (the length parallel to the net direction of flow through the device) Cm, and more preferably, within 1 cm. The final device includes a sheet having a welded portion which is believed to connect the segments of the sheet. In some preferred embodiments, the step of planarizing one or more (preferably all) subassemblies, when the aspect ratio of width: height or length: height of the first sheet or first subassembly is greater than 1, Before welding together.

본 명세서에 기재된 모든 방법에 의해, 본 발명은 이러한 방법으로부터의 결과를 갖는 제품을 포함한다.By all the methods described herein, the present invention encompasses products having results from such methods.

본 발명은 길이 및 폭의 치수를 갖는 제1 층과 제2 층을 갖고, 상기 제1 층은 제1 복수의 평행 채널을 갖는 제1 섹션과 제2 복수의 평행 채널을 갖는 제2 섹션을 포함하는 라미네이트형 장치를 포함하고, 제1 및 제2 복수의 채널을 평행하고, 제1 및 제2 섹션은 접합부에 의해 함께 접합되고, 접합부는 평행 채널에 평행하고, 상기 제2 층은 제1 층 상에 용접된다. 몇몇 양호한 실시예에서, 제1 층은 서브조립체이고, 제2 층은 서브조립체이고, 상기 층들은 층의 주연부를 따르는 용접에 의해 접합된다.The present invention has a first layer and a second layer having length and width dimensions, the first layer comprising a first section having a first plurality of parallel channels and a second section having a second plurality of parallel channels Wherein the first and second plurality of channels are parallel and the first and second sections are joined together by a junction, the junction is parallel to the parallel channel, and the second layer comprises a laminate of a first layer Lt; / RTI > In some preferred embodiments, the first layer is a subassembly and the second layer is a subassembly, and the layers are joined by welding along the periphery of the layer.

다른 태양에서, 본 발명은 플랫터(flatter) 서브조립체를 제조하기 위한 예비 캠버링(precambering)법을 제공한다. 이러한 라미네이트형 장치 제조 방법은 금속 시트를 제공하는 단계와, 금속 시트를 변형하는 단계와, 변형된 금속 시트를 라미네이트형 장치에 접합하는 단계를 포함한다.In another aspect, the present invention provides a pre-cambering method for fabricating a flatter subassembly. Such a laminate-type device manufacturing method includes the steps of providing a metal sheet, deforming the metal sheet, and bonding the deformed metal sheet to the laminate-type device.

바람직한 실시예에서, 금속 시트는 평탄부로부터 적어도 10도의 곡률, 몇몇 실시예에서는 평탄부로부터 10 내지 80도 범위의 곡률을 갖는 아치형으로 변형된다. 일부는 용접(특히 레이저 용접)의 응력이 부가될 때 거의 평탄 상태로 복귀되도록 변형에 의해 평탄부로부터 세워지도록 예비 캠버링되는 것이 바람직하다. 평탄 상태로부터의 곡률의 아치형은 90도 미만, 바람직하게는 10도와 80도 사이이다. 보다 바람직한 범위로는 30도와 70도 사이이다. 몇몇 양호한 실시예에서, 금속 시트는 스테인리스강이다.In a preferred embodiment, the metal sheet is deformed into an arcuate shape having a curvature of at least 10 degrees from the flat portion, and in some embodiments from 10 to 80 degrees from the flat portion. It is preferable that some of the preliminary cambering is performed so as to be raised from the flat portion by deformation so as to return to a substantially flat state when stress of welding (particularly, laser welding) is added. The arcuate shape of the curvature from the flat state is less than 90 degrees, preferably between 10 and 80 degrees. A more preferred range is between 30 and 70 degrees. In some preferred embodiments, the metal sheet is stainless steel.

다른 태양에서, 본 발명은 서브조립체를 제공하는 단계, 서브조립체를 평탄화하는 단계, 서브조립체를 시트 또는 제2 서브조립체에 용접하는 단계를 포함하는 라미네이트형 장치 제조 방법을 제공한다. 바람직하게, 서브조립체는 입구 또는 출구용 개구가 있는 곳을 제외하고 주변부를 따라 용접된다. 몇몇 양호한 실시예에서, 이러한 방법은 본 명세서에 설명된 임의의 방법과 조합된다.In another aspect, the invention provides a method of manufacturing a laminated device, comprising providing a subassembly, planarizing the subassembly, and welding the subassembly to a sheet or a second subassembly. Preferably, the subassembly is welded along the periphery except where there is an entry or exit opening. In some preferred embodiments, this method is combined with any of the methods described herein.

다른 태양에서, 본 발명은 인장에서 압축 또는 그 반대로 변화하는 채널층 내에서의 프로세스를 수행하는 방법을 제공하며, 이러한 수행 방법은, 제1 채널층 및 제1 채널층에 직접 인접한 제2 채널층을 구비한 장치를 제공하는 단계와, 제1 타임에서 제1 채널층에서의 유닛 조작을 수행하는 단계로서, 제1 타임에서 제1 채널층은 제1 압력의 제1 유체를 갖고 제2 채널층은 제2 압력의 제2 유체를 갖고 제1 압력은 제2 압력보다 큰, 단계와, 제2 타임에서 제1 채널층에서의 유닛 조작을 수행하는 단계로서, 제2 타임에서 제1 채널층은 제3 압력의 제3 유체를 갖고 제2 채널층은 제4 압력의 제4 유체를 갖고 제4 압력은 제3 압력보다 큰, 단계를 포함한다.In another aspect, the present invention provides a method of performing a process in a channel layer that varies from tension to compression or vice versa, the method comprising: forming a first channel layer and a second channel layer directly adjacent to the first channel layer, Performing a unit operation in a first channel layer at a first time, the first channel layer having a first fluid of a first pressure and a second channel layer Wherein the first channel layer has a second fluid of a second pressure and the first pressure is greater than a second pressure, and performing a unit operation in the first channel layer at a second time, The second channel layer having a fourth fluid at a fourth pressure and the fourth pressure being greater than a third pressure.

인장 시, 제1 채널층의 압력은 제2 채널층에서보다 크고, 압축 시, 제1 채널층의 압력은 제2 채널층에서보다 작다. 높이 방향에서, 층은 플로어(floor) 및 루프(roof)에 의해 한정되고, 인장 또는 압축력은 층의 플로어 또는 루프에 가해진다. 몇몇 양호한 실시예에서, 제1 및 제3 유체는 동일하고 제2 및 제4 유체는 동일하고, 예로써 제1 및 제3 유체는 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsh; "FT") 프로세스 스트림(process stream)일 수 있고, 제2 및 제4 유체는, 전형적으로 부분적으로 보일링되는 물(또는 다른 열 교환 유체)인 열 교환 유체이다. 다른 프로세스의 예에는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 메탄올, 암모니아, 스티렌의 합성물과 하이드로제네이션 및 하이드로트리팅을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 방법은 제1 층에 배치된 제1 채널과 인접층에 배치된 제2 채널을 갖는 라미네이트형 장치에서 수행된다. 보다 바람직하게, 이러한 프로세스는 제1 및 제2 채널의 다량(적어도 10개와 같은)의 교대식 층들을 포함하는 라미네이트형 장치에서 수행된다. 몇몇 양호한 실시예에서, 제1 채널은 프레스-핏 인서트를 포함하고, 몇몇 양호한 실시예에서 제1 채널은 프레스-핏 인서트와의 결합에 바람직하게 사용되는 촉매를 포함한다. 놀랍게도, 이러한 상태 하에서 확산 접합 또는 브레이징없이 제조된 (프레스-핏 장치와 같은) 장치가 훌륭하게 조작될 수 있다는 점을 발견하였다. 바람직하게, 이러한 방법은 종료 또는 개시 중에 발생되는 것과 달리 연속 조작 중에 발생될 때에 한정된다. 이러한 프로세스는 예로써, 프로세스 채널에 솔리드가 빌드업될 때 그리고/또는 촉매가 활동성을 잃을 때 발생될 수 있고 프로세스 상태는 리액터(reactor) 내의 변화를 수용하도록 조정된다.At the time of tensioning, the pressure of the first channel layer is larger than that of the second channel layer, and the pressure of the first channel layer is smaller than that of the second channel layer. In the height direction, the layer is defined by a floor and a roof, and a tensile or compressive force is applied to the floor or loop of the layer. In some preferred embodiments, the first and third fluids are the same and the second and fourth fluids are the same, eg, the first and third fluids are Fischer-Tropsh ("FT") process streams process stream, and the second and fourth fluids are typically heat exchanging fluids that are water (or other heat exchange fluid) that is partially visually visible. Examples of other processes may include the synthesis of ethylene oxide, propylene oxide, methanol, ammonia, styrene, and hydro- genation and hydrotreating. Preferably, the method is performed in a laminate-type device having a first channel disposed in a first layer and a second channel disposed in an adjacent layer. More preferably, such a process is performed in a laminate-like device comprising a large amount (such as at least ten) of alternating layers of the first and second channels. In some preferred embodiments, the first channel comprises a press-fit insert, and in some preferred embodiments, the first channel comprises a catalyst preferably used for coupling with a press-fit insert. Surprisingly, it has been found that devices manufactured under such conditions without diffusion bonding or brazing (such as press-fit devices) can be well manipulated. Preferably, this method is defined when occurring during continuous operation, as opposed to occurring during termination or initiation. Such a process may occur, for example, when the solids are built up in the process channel and / or when the catalyst loses activity, and the process conditions are adjusted to accommodate changes in the reactor.

다른 태양에서, 본 발명은 (이하에 설명하는) 할로(halo)가 장치의 섹션을 연결하는 장치를 제공한다. 따라서, 본 발명은 복수의 스택 시트를 갖는 제1 라미네이트형 조립체를 구비한 장치를 제공하며, 상기 제1 라미네이트형 조립체의 제1 측면은 복수의 입구 또는 출구를 포함하고, 엔클로져(enclosure)가 제1 측면에 접합되고 제1 측면으로부터 외부로 연장되어 복수의 입구 및 출구를 덮는다. 전형적으로, 엔클로져는 금속이고 제1 라미네이트형 조립체의 제1 측면 상에 용접된다.In another aspect, the present invention provides an apparatus for connecting a section of a device (as described below) with a halo. Accordingly, the present invention provides an apparatus having a first laminate-like assembly having a plurality of stack sheets, wherein the first side of the first laminate-like assembly comprises a plurality of inlets or outlets, 1 side and extends outwardly from the first side to cover the plurality of inlets and outlets. Typically, the enclosure is metal and welded on the first side of the first laminate-like assembly.

몇몇 양호한 실시예에서, 장치는 복수의 스택 시트를 갖는 제2 라미네이트형 조립체를 포함하고, 제2 라미네이트형 조립체의 제1 측면은 제2 복수의 입구 또는 출구를 포함하고, 엔클로져는 제1 복수의 입구 또는 출구를 제2 복수의 입구 또는 출구를 연결한다.In some preferred embodiments, the apparatus comprises a second laminate-type assembly having a plurality of stack sheets, the first side of the second laminate-type assembly comprising a second plurality of inlets or outlets, Connects the inlet or outlet with a second plurality of inlets or outlets.

다른 태양에서, 라미네이트형 마이크로채널 장치는, 시트 길이 X 시트 폭에 의해 한정된 단면적이 100 ㎠ 보다 크고(몇몇 실시예에서는 500 ㎠ 보다 크고), 마이크로채널 장치 내의 시트의 표면의 섹션 위로 0.05 내지 20 ㎝/㎠(바람직하게는 0.1 내지 10 ㎝/㎠) 사이의 레이저 용접 접합부의 선형 밀도를 갖는 용접 조립체를 형성하도록 상부판에 접합되는, 길이 및 폭을 갖고, 이들 섹션은 주요면(시트는 2개의 주요면을 가짐)의 인접 영역의 적어도 50 %(바람직하게는 적어도 90 %, 몇몇 실시예에서는 100 %)를 포함한다. 대부분의 경우, 시트는 큰 장치 내의 서브조립체의 표면을 형성한다. 용접된 2개 이상의 시트를 함께 보유시킨다. 또한, 용접은 2개의 인접 내부 유동 채널들 사이의 밀봉부를 제공할 수 있다. 이러한 경우, "인접 영역의 100%"는 (선택된 직사각형 영역의 정확히 100%가 아닌) 전체 표면을 의미하고, 유사하게 50%와 90%도 전체 표면의 50%와 90%를 의미한다. 바람직하게, 시트 폭에 대한 길이의 비는 2보다 크다. 또한, 설명한 선형 밀도에 부가하여 또는 이와 대체하여, 본 발명의 장치는 장치의 주연부(주변부)보다 적어도 10배, 바람직하게는 적어도 100배 큰 내부 용접부(즉, 주변부와 달리 시트의 내부에의 용접부)갖도록 제한될 수 있다.In another embodiment, the laminate-type microchannel device has a cross-sectional area defined by the sheet length X sheet width greater than 100 cm2 (in some embodiments, greater than 500 cm2) and from 0.05 to 20 cm over the section of the surface of the sheet in the microchannel device Having a length and a width, joined to the top plate to form a weld assembly having a linear density of laser welded joints of between about 0.1 and about 10 cm / cm < 2 > (preferably between about 0.1 and about 10 cm / (Preferably at least 90%, in some embodiments 100%) of the adjacent region of the substrate (e.g., having a major surface). In most cases, the sheet forms the surface of the subassembly within the larger apparatus. Two or more welded sheets are held together. In addition, welding may provide a seal between two adjacent internal flow channels. In this case, " 100% of the adjacent region " means the entire surface (not exactly 100% of the selected rectangular region), and similarly 50% and 90% means 50% and 90% of the entire surface. Preferably, the ratio of the length to the sheet width is greater than 2. Further, in addition to or in place of the linear density described, the apparatus of the present invention may have an internal weld (i.e., welded to the inside of the sheet, unlike the periphery) at least 10 times, preferably at least 100 times greater than the periphery ).

다른 태양에서, 본 발명은 제1 시트 및 제2 시트를 갖는 라미네이트형 마이크로채널 조립체를 제공하며, 각각의 시트는 길이와 폭을 갖고, 시트 길이 X 시트 폭에 의해 한정된 단면적은 100 ㎠보다 크고(몇몇 실시예에서는 500 ㎠보다 크고), 제1 및 제2 시트는 사실상 평탄하고(시트는 몇몇 뒤틀림을 가질 수 있지만 시트는 주름진 것은 아님), 제1 시트는 평행한 마이크로채널의 어레이를 포함하고, 마이크로채널은 배리어 벽에 의해 서로로부터 이격되고 [마이크로채널은 제1 시트(예로써, 에칭 채널)의 두께를 부분적으로 통과하거나 또는 제1 시트의 전체 두께를 통과할 수 있음], 제1 시트 및 제2 시트는 인접하고, 배리어 벽의 길이를 따르고 제1 시트를 제2 시트에 접합하는 용접부(용접부는 연속적 또는 불연속적임)를 포함한다.In another aspect, the invention provides a laminated microchannel assembly having a first sheet and a second sheet, wherein each sheet has a length and a width, the cross-sectional area defined by the sheet length X sheet width is greater than 100 cm < (In some embodiments greater than 500 cm2), the first and second sheets are substantially planar (the sheet may have some warpage but the sheet is not corrugated), the first sheet comprises an array of parallel microchannels, The microchannels are spaced from each other by a barrier wall (the microchannels may partially pass the thickness of the first sheet (e.g., the etch channel) or pass through the entire thickness of the first sheet) The second sheet is contiguous and includes welds (the welds are continuous or discontinuous) that follow the length of the barrier wall and join the first sheet to the second sheet.

용어 "따르다"는 것은 용접이 배리어 벽과 동일한 방향으로 진행되고 배리어 벽을 접촉시킨다는 것을 의미한다.The term " following " means that the weld proceeds in the same direction as the barrier wall and contacts the barrier wall.

본 명세서에서 설명한 임의의 방법에서, 조립체는 2개 이상의 용접 서브조립체를 접합함으로써 형성될 수 있고, 조립체를 형성하기 위한 2개 이상의 서브조립체를 용접하는 방법은 동일한 용접 방법 또는 상이한 용접 방법일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 용접 서브조립체는 용접과 다른 기술에 의해 형성된 접합부를 포함할 수도 있다.In any of the methods described herein, an assembly may be formed by joining two or more weld subassemblies, and the method of welding two or more subassemblies to form an assembly may be the same or different welding methods . In some embodiments, the weld subassembly may comprise a weld formed by welding and other techniques.

또 다른 태양에서, 본 발명은 상부 시트의 상부명과 바닥 시트의 바닥면 사이에 배치된 복수의 채널을 형성하기 위해 상부 시트와 바닥 시트를 용접하는 단계를 포함하는 조립체 형성 방법을 제공하며, 용접은 복수의 채널에서의 채널들을 사이의 밀봉부를 형성하는 데 사용된다. 상부 및 바닥면은 라미네이트형 조립체의 상부 및 바닥면이다. 예로써, 바닥 시트는 에칭된 채널을 포함할 수 있고 상부 시트는 에칭되지 않은 평탄 시트일 수 있다. 바람직하게, 조립체에 시트를 접합하는 방법은 2개의 인접 내부 유동 채널들 사이를 밀봉하기 위한 레이저 용접을 포함한다. 본 명세서에서 설명한 임의의 실시예에서, 채널은 마이크로채널인 것이 바람직하다.In another aspect, the present invention provides a method of forming an assembly comprising welding an upper sheet and a lower sheet to form a plurality of channels disposed between the upper surface of the upper sheet and the bottom surface of the bottom sheet, And is used to form a seal between the channels in the plurality of channels. The top and bottom surfaces are the top and bottom surfaces of the laminate-like assembly. By way of example, the bottomsheet may comprise etched channels and the topsheet may be an unetched flat sheet. Preferably, the method of joining sheets to an assembly includes laser welding to seal between two adjacent internal flow channels. In any of the embodiments described herein, the channel is preferably a microchannel.

다른 태양에서, 본 발명은 1차 용접 단계에서 누수구 또는 구멍을 밀봉하기위한 수리 프로세스 처리된 용접 기판 조립체를 제공하고, 수리 프로세스는 1차 용접(전형적으로 레이저 용접)과 동일한 용접 방법론을 포함하거나 또는 용접 기판 조립체에서의 누수 지점의 개수를 감소시키기 위해 TIG 용접, 펄스 레이저, CMT와 같은 2차 프로세스 또는 이와 다른 것을 이용할 수 있다.In another aspect, the present invention provides a repair process-treated welded substrate assembly for sealing a leak or hole in a primary welding step, wherein the repair process comprises the same welding methodology as the primary welding (typically laser welding) Or a secondary process such as TIG welding, pulsed laser, CMT or the like may be used to reduce the number of leak points in the welding substrate assembly.

다른 태양에서, 본 발명은 대기압에서 100 psig보다 큰(보다 바람직하게는 대기압에서 500 psig 보다 크고, 더욱 바람직하게는 800 psig보다 큰) 차압을 보유할 수 있는 용접 기판 조립체를 제공한다. 용접 조립체는 조작 중에 유체의 유동이 시트 두께에 주로 수직한 라미네이트형 장치이다. 용접 조립체에서, 차압을 유지하기 위한 밀봉은 확산 접합 또는 브레이징되지 않는다.In another aspect, the present invention provides a welded substrate assembly capable of holding a differential pressure greater than 100 psig at atmospheric pressure (more preferably greater than 500 psig and more preferably greater than 800 psig at atmospheric pressure). Welding assemblies are laminate-like devices in which the flow of fluid during operation is predominantly perpendicular to the sheet thickness. In the welded assembly, the seals to maintain differential pressure are not diffusion bonded or brazed.

다른 태양에서, 본 발명은 레벨 테이블에 놓여질 때 1 ㎝ 보다 큰 곡률을 갖는 용접 기판 조립체를 얻는 단계와, 레벨 테이블에 놓여질때 평탄부 위로 1 ㎝ 이하로 상승되어 사실상 평탄부를 생성하도록 용접 기판 조립체에 평탄화 프로세스 처리하는 단계와, 라미네이트형 용접 장치를 형성하도록 평탄화된 기판 조립체를 서브조립체에 용접하는 단계를 포함하는 라미네이트형 용접 장치를 형성하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method comprising: obtaining a welded substrate assembly having a curvature greater than 1 cm when placed on a level table; and moving the welded substrate assembly upward to less than 1 cm above the flattened portion, A planarizing process; and a step of welding the planarized substrate assembly to a subassembly to form a laminate-type welding apparatus.

다른 태양에서, 본 발명은 용접에 의해 밀봉된 복수의 채널(밀봉은 폴리머 개스킷, 브레이징, 확산 접합 또는 다른 종래 기술에 의한 것이 아님)을 구비하고 주위 온도와 100 psig에서의 질소로 가압될 때 10 sccm 질소보다 적은 (바람직하게는 1 sccm 질소보다 적은) 누수량 또는 대략 15분 당 0.5 psig보다 작은 누수량을 갖는 용접 기판 조립체를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fuel cell having a plurality of channels sealed by welding (the seal is not by polymer gasket, brazing, diffusion bonding or other prior art) and is pressurized with nitrogen at ambient temperature and 100 psig a leakage volume less than sccm nitrogen (preferably less than 1 sccm nitrogen) or a leak volume less than 0.5 psig per approximately 15 minutes.

다른 태양에서, 본 발명은 (바람직하게는 용접에 의해) 함께 접합된 시트의 스택과, 상기 시트의 스택 내의 공극을 구성하는 연속 비부착식 스팬과, 라미네이트형 장치의 대향측 상의 제1 및 제2 단부판을 포함하고, 단부판의 주요 외부면에 (예로써, 용접을 통한) 긴밀한 접촉을 유지시키고 연속 비부착식 스팬과 정렬된 영역을 연속하여 가로질러 연장되는 보강 부재의 어레이를 더 포함하는 압력 저항 라미네이트형 장치를 제공하며, 상기 시트의 스택은 스택 내에 복수의 채널과 복수의 채널에 연결된 적어도 하나의 입구 및 출구를 포함한다. 보강 부재의 어레이는 적층 방향[즉, 라미나(laminae)의 평면에 수직한 방향]으로의 굽힘에 저항하기 위한 것이다. 바람직하게, 본 시스템은 복수의 채널을 통과하는 수소 및/또는 탄화수소를 함유하는 프로세스 스트림을 더 포함한다.In another aspect, the present invention provides a stack of sheets bonded together (preferably by welding), a continuous unfixed span constituting the voids in the stack of sheets, and a first non-adhesive span on opposite sides of the laminate- Further includes an array of reinforcing members that include two end plates and that maintain tight contact (e.g., via welding) with the major outer surface of the end plate and that extend continuously across the area aligned with the continuous un-mounted span Wherein the stack of sheets comprises a plurality of channels in the stack and at least one inlet and outlet connected to the plurality of channels. The array of reinforcing members is intended to resist bending in the stacking direction (i.e., in a direction perpendicular to the plane of the laminae). Preferably, the system further comprises a process stream containing hydrogen and / or hydrocarbons passing through the plurality of channels.

또한, 본 발명은 용접된 장치의 수리를 위해 제공될 수 있다. 본 장치는 하나 이상의 용접부를 제거함으로써 개장될 수 있다. 채널의 일단부에서 판을 제거함으로써, 선택된 채널은 막혀질 수 있어 고온 스팟을 감소시키거나 또는 그렇지 않으면 채널이 결함을 갖는 것을 피할 수 있다. 이와 달리, 장치는 주변 용접부를 제거함으로써 개방될 수 있고, 이후 서브조립체가 제거되거나 또는 교체될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 서브조립체는 장치로의 재삽입 전에 제거되어 개장될 수 있다. 서브조립체의 제거 및/또는 교체 후, 용접이 장치를 폐쇄하는 데 다시 사용될 수 있다. 조립해제에 도움이 되도록, 서브조립체의 하나 이상의 표면은 지르코니아 또는 이트리아의 코팅 또는 서브조립체들 사이에 그래포일(grafoil) 또는 세라믹 페이퍼의 삽입과 같은 릴리즈층으로 코팅될 수 있다.Further, the present invention can be provided for repairing a welded device. The apparatus can be retrofitted by removing one or more welds. By removing the plate at one end of the channel, the selected channel can be clogged to reduce high temperature spots or otherwise avoid channel defects. Alternatively, the device can be opened by removing peripheral welds, and then the subassembly can be removed or replaced. In some embodiments, the subassembly can be removed and refitted prior to reinsertion into the apparatus. After removal and / or replacement of the subassembly, welding may be used again to close the device. One or more surfaces of the subassembly may be coated with release layers such as grafoil or ceramic paper inserts between zirconia or yttria coatings or subassemblies to aid in unassembly.

또한, 본 발명은 용접부를 개방하여 제거하거나 또는 교체함으로써 리액터를 유지하고, (미립자 촉매와 같은) 촉매, 핀 또는 파형, 또는 서브조립체를 유지하는 방법도 포함한다. 이러한 장치는 이후 함께 이측 용접될 수 있다. 또한, 본 발명은 유지 또는 수리를 위해 용접 구조체를 포함한다.The present invention also includes a method of holding a reactor by opening and removing or replacing a weld, and holding a catalyst, such as a particulate catalyst, a pin or corrugations, or subassemblies. Such a device can then be welded together side by side. The present invention also includes a welded structure for maintenance or repair.

다른 태양에서, 본 발명은 스택 내에 복수의 시트를 포함하는 라미네이트형 화학적 프로세서를 제공하며, 상기 스택은 높이, 폭 및 길이의 상호 수직 치수를 갖고, 높이는 스택 내의 개방 공간에 대해 적층 치수이고, 길이는 가장 긴 치수이고 폭은 길이에 수직하고, 스택은 조작 중에 내부압이 스택 내의 개방 공간에 인가되는 시트들 사이에 적어도 하나의 인터페이스와 N2 가스가 입구를 통해 상기 인터페이스의 공극 공간으로 공급될 때 누수 저항을 포함하고, 상기 개방 공간은 적어도 0.07 m의 폭을 갖고, 출구는 폐쇄되어 압력이 30 내지 50 kPa/분의 비(rate)로 증가하고 공극 공간의 압력이 790 kPa까지 증가되고 15분간 압력이 유지된 뒤 N2 가스의 방출로 인해 대기압으로 복귀되고, 이후 300 내지 400 kPa/분의 비로 입구를 통한 압력을 상승시키기에 충분한 비로 물을 공급하고, 출구는 폐쇄되어 압력은 증가하고 공극 공간의 압력이 대략 3000 kPa까지 증가한 뒤 대략 100 kPa/분 내지 6000 kPa의 비로 압력을 계속해서 증가시킨 뒤 5300 kPa 이하까지 250 내지 300 kPa의 비로 압력을 하강시킨 뒤 대기압까지 계속해서 압력을 하강시키고 물을 배출하여 프로세서를 건조시키고, 다시 인터페이스에서 30 내지 50 kPa/분의 비로 압력이 증가하도록 입구를 통한 N2 가스를 공급하고, 출구는 폐쇄되어 압력이 증가하고 공극 공간의 압력은 790 kPa까지 증가하고 입구는 폐쇄되어 더 이상의 가스가 공극 공간으로 지입하지 못하고, 장치는 이어지는 15분 이상 100 kPa보다 적게 누수한다.In another aspect, the invention provides a laminate-like chemical processor comprising a plurality of sheets in a stack, wherein the stack has mutually vertical dimensions of height, width and length, the height is a laminate dimension for an open space in the stack, Is the longest dimension and the width is perpendicular to the length and the stack has at least one interface between the sheets in which the internal pressure is applied to the open space in the stack during operation and when N2 gas is fed into the void space of the interface through the inlet Wherein the open space has a width of at least 0.07 m and the outlet is closed such that the pressure increases at a rate of 30 to 50 kPa / min, the pressure of the void space is increased to 790 kPa, After the pressure is maintained, it is returned to the atmospheric pressure due to the release of the N2 gas, and thereafter a ratio of 300 to 400 kPa / min, sufficient to raise the pressure through the inlet Water is supplied and the outlet is closed so that the pressure increases and the pressure of the void space increases to approximately 3000 kPa and then the pressure is continuously increased at a ratio of approximately 100 kPa / min to 6000 kPa and then a pressure of 250 to 300 kPa The pressure is lowered to the atmospheric pressure, the pressure is lowered continuously, the water is drained to dry the processor, the N2 gas is supplied through the inlet so that the pressure increases at a ratio of 30 to 50 kPa / min at the interface, The pressure increases and the pressure of the void space increases to 790 kPa and the inlet is closed so that no more gas enters the void space and the device leaks less than 100 kPa for the following 15 minutes.

본 발명은 주장하는 누수 저항을 갖는 프로세서뿐만 아니라 프로토콜 테스트된 프로세서를 포함한다. 보다 바람직하게, 프로세서는 이어지는 15분 이상 동안 30 kPa보다 적은 누수 저항을 갖고, 몇몇 실시예에서는 1 내지 50 kPa의 범위의 누수 저항을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 개방 공간은 적어도 0.1 m의 폭을 갖고, 몇몇 실시예에서는 적어도 0.3 m의 폭을 갖는다. 프로세서는 임의의 형상일 수 있고, 몇몇 실시예에서 프로세서는 직사각형 시트의 스택으로 구성될 수 있고, 다른 몇몇 실시예에서 프로세서는 원형 시트의 스택으로 구성될 수 있다.The present invention includes a protocol-tested processor as well as a processor with a claimed leak resistance. More preferably, the processor has a leakage resistance of less than 30 kPa for more than 15 minutes and, in some embodiments, a leakage resistance in the range of 1 to 50 kPa. In some embodiments, the open space has a width of at least 0.1 m, and in some embodiments at least 0.3 m. The processor may be of any shape, and in some embodiments the processor may be comprised of a stack of rectangular sheets, and in some other embodiments, the processor may be comprised of a stack of circular sheets.

바람직하게, 프로세서는 3 ㎝보다 큰, 바람직하게는 1 ㎝보다 크지 않고, 몇몇 실시예에서는 0.5 ㎝보다 크지 않은 두께를 갖는 단부판을 갖지 않는다. 바람직학, 프로세서는 폭과 적어도 0.3 m, 몇몇 실시예에서는 적어도 0.5 m의 길이를 갖다. 본 발명은 이러한 설명을 통해 기술된 특징의 임의의 조합을 포함할 수 있고, 예로써 프로세서는 적어도 0.3 m의 길이와 폭을 갖고, 3 ㎝보다 큰 두께를 갖는 단부판을 갖지 않는다. 인터페이스는 평면일 수 있지만 필수적으로 평면인 것은 아니다.Preferably, the processor does not have an end plate having a thickness greater than 3 cm, preferably no greater than 1 cm, and in some embodiments no greater than 0.5 cm. Preferably, the processor has a width of at least 0.3 m, and in some embodiments at least 0.5 m. The invention may comprise any combination of the features described through this description, for example the processor has a length and width of at least 0.3 m and does not have an end plate with a thickness greater than 3 cm. The interface may be planar, but is not necessarily planar.

몇몇 실시예에서, 장치는 0.1 km보다 큰, 몇몇 실시예에서는 1 km보다 큰 내부 선형 용접부와 외골격(exoskeleton)을 포함한다. 바람직하게, 라미네이트형 화학적 프로세서는 외골격 및 용접에 의해 함께 유지된다. 바람직하게, 라미네이트형 화학적 프로세서는 확산 접합 또는 브레이즈되지 않고 개스킷을 갖지 않는다. 클램프가 라미네이트형 화학적 프로세서를 함께 보유하는 데 필요하지 않고 (클램프로 인한 것이 아닌) 이러한 누수 저항으로 인해, 프로세서는 압력 억제 용기 내에 놓여질 필요가 없다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 적어도 60 부피% (몇몇 실시예에서는 적어도 80 부피%)의 전체 라미네이트형 화학적 프로세서는 마이크로채널 및 다른 공극 공간으로 구성된다.In some embodiments, the apparatus includes internal linear welds and exoskeletons greater than 0.1 km, and in some embodiments greater than 1 km. Preferably, the laminate type chemical processor is held together by exoskeleton and welding. Preferably, the laminate type chemical processor is not diffusion bonded or brazed and has no gasket. Because of this leakage resistance (not due to the clamp) and because the clamp is not required to have a laminate-type chemical processor together, the processor need not be placed in a pressure-relief container. In some preferred embodiments, at least 60% by volume (in some embodiments at least 80% by volume) of the total laminate type chemical processor consists of microchannels and other void spaces.

상술한 누수 저항 테스트에서, "출구가 폐쇄"는 시트들 사이의 인터페이스를 통해 누수되는 것을 제외하고 공극 공간 내에 N2가 포획(trap)되는 것을 의미한다. 또한, 이러한 테스트는 입구로서 제공되는 단일 인터페이스 또는 모든 인터페이스의 평균합에 적용되는 점을 알아야 한다. 상기 장치는, 특정 파라미터를 갖는 적어도 하나의 유체 도관이 테스트를 충족시키는 경우 테스트를 충족시키고, 바람직하게는 상기 장치는 테스트를 충족시키는 적어도 2개의 유체 도관을 갖고, 보다 바람직하게는 모든 도관이 테스트를 충족시킨다. (예로써, 장치가 하나의 입구 및 하나의 출구로서의 각각의 2개의 유체 도관을 갖는 경우, 양 도관 모두 테스트를 충족시킨다). 장치는 입구에 연결된 장치의 영역을 제외하고 대기압 하에 있다.In the leakage resistance test described above, "outlet closed" means that N2 is trapped in the void space except that it leaks through the interface between the sheets. It should also be noted that these tests apply to a single interface provided as an entrance or to an average sum of all interfaces. The apparatus is characterized in that at least one fluid conduit having a particular parameter meets the test if it meets the test and preferably the device has at least two fluid conduits which meet the test, . (For example, if the device has two inlets and two outlets each as a single outlet, both conduits meet the test). The device is under atmospheric pressure except for the area of the device connected to the inlet.

또한, 본 발명은 본 명세서에서 설명한 (임의의 조합을 포함하는) 하나 이상의 특징을 갖고 외골격을 갖는 라미네이트형 화학적 프로세서도 포함한다. 내부압 경계 내의 연속 비부착식 스팬은 라미네이트형 장치의 소정의 압력 노출 인터페이스 내의 라미나들 사이의 소정의 부착 지점과 동일한 라미나들 사이의 부착 인접부의 인접점 사이의 최소 거리이다. 바람직한 실시예에서, 외골격은 장치에 용접되며, 다른 실시예에서 외골격은 브레이징, 접착 또는 다른 수단에 의해 보유된다.The invention also encompasses laminate-type chemical processors having one or more of the features (including any combination) described herein and having an exoskeleton. The continuous unattached span in the inner pressure boundary is the minimum distance between the predetermined attachment point between the laminae in the predetermined pressure exposed interface of the laminated device and the adjacent point of the attachment adjacent between the same laminae. In a preferred embodiment, the exoskeleton is welded to the device, and in another embodiment the exoskeleton is retained by brazing, gluing or other means.

외골격은 클램프보다 우수하다. 클램프는 용이하게 제거될 수 있다. (외골격은 절단 또는 그라인딩에 의해 제거될 필요가 있다) 또한, 외골격 용접 보강 부재는 굽힘 응력에 저항하기 위해 증가된 보강부를 제공하도록 로드(load) 적용 방향에 평행한 긴 측면으로 지향된 직사각형 단면을 가질 수 있다. 이러한 점은 얇은 쉘판(shell plate)의 사용을 허용하고 동일한 로드를 지지하는 데 요구되는 재료의 하중 및 비용을 저감시킨다. 나사식 패스너(threaded fastener)를 구비한 두꺼운 판을 갖는 클램프는 외골격의 위치에 사용되지만, 나사식 패스너가 이러한 방향으로 로드되지 않기 때문에 상기 판은 굽힘 응력에 대해 충분히 강할 필요가 있다. 나사식 패스너는 판에 작용하는 압력에 의해 생성된 힘에 의해 야기된 전체 인장 응력에 대해 충분하게 강할 필요가 있다. 외골격은 두 가지 경우 모두에서 판에 부가적인 지지부를 제공한다. 또한, 클램프는 반복된 순환 과정 중 느슨해지고 파손되기 쉽다.The exoskeleton is superior to the clamp. The clamp can be easily removed. (The exoskeleton needs to be removed by cutting or grinding.) The exoskeleton welded reinforcing member also has a rectangular cross-section oriented toward the long side parallel to the load application direction to provide an increased reinforcement to resist bending stresses Lt; / RTI > This allows the use of a thin shell plate and reduces the load and cost of the material required to support the same rod. Clamps with thick plates with threaded fasteners are used at the exoskeleton location, but the plate needs to be strong enough against bending stresses because the threaded fasteners are not loaded in this direction. The threaded fasteners need to be sufficiently strong against the total tensile stress caused by the forces generated by the pressure acting on the plate. The exoskeleton provides additional support to the plate in both cases. Also, the clamps tend to loosen and break during repeated cycles.

또한, 본 발명은 프로세서 내측의 압력을 제1 압력까지 증가시키기 위해 프로세서 입구로 가스를 통과시키는 단계와, 누수를 선택적으로 감시하고 누수를 선택적으로 수리하는 단계와, 가스를 방출하는 단계와, 프로세서 내측의 압력을 제2 압력까지 증가시키기 위해 프로세서로 유체를 통과시키는 단계와, 유체를 제거하는 단계와, 프로세서 내측의 압력을 제3 압력까지 증가시키기 위해 프로세서의 입구로 가스를 통과시키는 단계와, 프로세서가 제3 압력에서 유지되는 동안 누수를 측정하는 단계를 포함하는 라미네이트형 화학적 프로세서의 조작 방법을 포함하고, 상기 제2 압력은 제1 압력보다 높고, 상기 제2 압력은 제3 압력보다 높다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 유체는 액체이다. 이러한 방법은 장치로 가압된 유체를 로딩하고 누수에 대한 테스트를 행하는 단일 단계의 기술보다 우수하다.The present invention also relates to a method of controlling a processor, comprising: passing a gas to a processor inlet to increase the pressure inside the processor to a first pressure; selectively monitoring the leak and selectively repairing the leak; Passing a fluid through the processor to increase the inner pressure to a second pressure; removing the fluid; passing a gas through the inlet of the processor to increase the pressure inside the processor to a third pressure; Measuring the leakage while the processor is maintained at the third pressure, wherein the second pressure is higher than the first pressure and the second pressure is higher than the third pressure. In some preferred embodiments, the fluid is a liquid. This method is superior to the single stage technique of loading the pressurized fluid into the device and testing for leakage.

또 다른 태양에서, 본 발명은 용접에 의해 접합된 시트의 스택과, 시트의 스택 내의 스트레인 릴리프 접합부(strain relief joint)를 포함하는 라미네이트형 장치를 제공하며, 상기 시트의 스택은 시트의 주변부를 따르는 용접에 의해 접합된 시트의 코어 스택을 포함하고, 상기 스트레인 릴리프 접합부는 스택 내에 보유되는 2 개의 인접 시트를 포함하지만 2 개의 인접 시트의 주변부를 따라 사실상 서로 접합되는 것은 아니다.In another aspect, the invention provides a laminate-type device comprising a stack of sheets joined by welding and a strain relief joint in a stack of sheets, The strain relief abutment comprises two adjacent sheets retained within the stack but is not substantially bonded together along the periphery of the two adjacent sheets.

본 명세서를 전반에 걸쳐, "인접"은 시트를 간섭하지 않으면서 직접 인접하는 것을 의미한다.Throughout this specification, " adjacent " means directly adjoining without interfering with the sheet.

본 발명은, 예로써 여기서 설명하는 임의의 장치를 사용한 화학적 프로세스와 같이, 본 명세서에 설명한 임의의 장치를 사용하는 임의의 방법을 포함한다. 이와 같이, 본 발명은 본 출원서에 설명한 임의의 방법을 수행하기 위한 임의의 장치를 포함한다. 또한, 본 발명은 본 명세서에서 설명한 방법 및/또는 장치의 임의의 조합을 더 포함한다. 시트 및 (만일 있다면) 인서트는 모두 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 마감 장치에서, 금속은 금속 산화물 상에 분산된 촉매 금속을 갖는 다공성 금속 산화물층과 같은 촉매 코팅 및/또는 보호 코팅으로 코팅될 수 있다.The present invention includes any method of using any of the devices described herein, such as a chemical process using any device described herein as an example. As such, the present invention includes any apparatus for performing any of the methods described in this application. The invention further includes any combination of the methods and / or apparatus described herein. The sheet and (if present) inserts all preferably comprise a metal. In finishing equipment, the metal may be coated with a catalytic coating and / or a protective coating, such as a porous metal oxide layer having a catalytic metal dispersed on the metal oxide.

본 발명은 다양한 변경예에서 본 명세서에서 설명되고 이 기술 분야에서의 숙련자에 의해 합리적으로 추론될 수 있는 특정한 특징 및/또는 임의의 넓은 기술 사상을 포함한다. 예로써, 본 발명의 장치는 본 명세서에서 설명한 특징의 임의의 조합을 포함할 수 있다.The present invention includes certain features and / or any broad technical idea described herein in various modifications and which can be reasonably deduced by one skilled in the art. By way of example, the apparatus of the present invention may comprise any combination of the features described herein.

본 발명은 상기 확인된 특정한 기술 사상으로 제한되는 것이 아니고, 본 명세서에서 설명한 임의의 방법, 시스템 및 장치를 포함한다. 본 발명은 본 명세서에서 설명한 임의의 특징 및 특징들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명은 [예로써, 열 교환기, 화학 리액터, 피셔-트롭쉬(FT) 합성 반응을 포함하는] 화학적 프로세스의 방법을 포함하고, 예로써 본 명세서에서 설명하는 하나 이상의 (임의의 치환을 포함하는) 조건, 변환 등을 포함한다. 프로세스를 그래프 또는 테이블을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 본 명세서에서 설명한 조건, 범위 및/또는 값의 +/- 20%, 보다 바람직하게는 약 10%, 더욱 바람직하게는 약 5% 그리고 몇몇 실시예에서는 약 1% 이내의 값을 갖는 프로세스를 포함한다. 예로써, 본 발명은 약 58 내지 73% 사이의 CO 변환과 약 8과 약 34% 사이의 메탄 선택도(용어 "약"은 +/- 20% 내의 값을 포함)로 약 90 내지 약 278 ms의 범위의 접촉 시간으로 조작되는 FT 합성 조작법을 포함하고, 본 발명은 장치 구조체에 의해 더 한정된 방법을 포함하고, 본 발명은 이와 달리 유체 조성 및/또는 조건과 장치 특성 모두를 포함하는 시스템으로서 한정될 수 있고 - 예로써 시스템은 180 ℃ 이상의 온도에서 수소 가스 및 일산화탄소를 함유하는 장치일 수 있다.The present invention is not limited to the specific technical ideas identified above, but includes any method, system, and apparatus described herein. The present invention may include any combination of any features and features described herein. The present invention also encompasses methods of chemical processes (including, for example, heat exchangers, chemical reactors, Fischer-Tropsch synthesis reactions), including, for example, Conditions), conversions, and the like. Although the process has been described with reference to a graph or a table, the present invention is intended to encompass within +/- 20% of the conditions, ranges and / or values described herein, more preferably about 10%, more preferably about 5% In the example, it includes a process with a value within about 1%. By way of example, the present invention provides for a CO conversion of between about 58 and 73% and a methane selectivity between about 8 and about 34% (the term " about " includes values within +/- 20% , The present invention includes a more limited method by the device structure and the present invention is otherwise limited to a system comprising both fluid composition and / or conditions and device characteristics And the system may be a device containing hydrogen gas and carbon monoxide at a temperature of 180 DEG C or higher.

용어해설Glossary of terms

"조립체"는 라미네이트를 형성하기 위해 함께 접합된 2개 이상의 판이다. 조립체는 전형적으로 복수의 "서브조립체"로 이루어질 수 있고 기능성 장치 또는 장치에 대한 전구체일 수 있다. "서브조립체"는 큰 라미네이트형 조립체의 구성요소인(또는 이렇게 의도된) "조립체"이다. 몇몇 양호한 실시예에서, 조립체는 입구 및 출구를 제외하고 완전히 밀봉된다. 조립체는 충분한 기능성 장치일 필요는 없고, 즉 충분한 기능성 장치에 대한 전구체 또는 중간 제품일 수 있다. 예로써, 몇몇 경우, 2차 트리밍 단계는 입구 및 출구 유동 통로를 개방할 필요가 있다. 몇몇 실시예에서, 조립체는 마감 장치의 폭 및 길이를 갖는 판으로 이루어지고, 몇몇 다른 실시예에서 조립체는 복수의 서브조립체로 절단될 수 있거나 또는 이와 달리 큰 조립체를 형성하도록 접합될 수 있다. 몇몇 양호한 실시예에서, 조립체(또는 서브조립체)는 1 cm 이하의 두께를 갖고, 몇몇 양호한 실시예에서는 0.1과 1.0 cm 사이의 두께를 갖고, 몇몇 실시예에서는 0.2와 0.4 cm의 두께를 갖는다. 조립체 내의 판은 실질적으로 평탄하고 조립체는 평탄한 상부 및 하부면을 갖는 것이 바람직하다.An " assembly " is two or more plates joined together to form a laminate. The assembly may typically consist of a plurality of subassemblies and may be a precursor to a functional device or device. &Quot; Subassembly " is an " assembly " that is (or is intended to be) a component of a large laminate-like assembly. In some preferred embodiments, the assembly is completely sealed except at the inlet and outlet. The assembly need not be a fully functional device, i. E. It may be a precursor or intermediate product for a fully functional device. As an example, in some cases, the second trimming step needs to open the inlet and outlet flow passages. In some embodiments, the assembly comprises a plate having a width and length of a finishing device, and in some other embodiments the assembly may be cut into a plurality of subassemblies, or alternatively may be joined to form a large assembly. In some preferred embodiments, the assembly (or subassembly) has a thickness of less than or equal to 1 cm, in some preferred embodiments between 0.1 and 1.0 cm, and in some embodiments, of 0.2 and 0.4 cm. It is preferred that the plate in the assembly is substantially flat and the assembly has flat top and bottom surfaces.

본 명세서 전체에 걸쳐, 용어 "판", "시트", "라미나" 및 "심(shim)"은 교체가능하게 사용된다. 판은 1 cm 이하의 두께, 바람직하게는 0.5 cm 이하의 두께, 보다 바람직하게는 0.3 cm 이하의 두께를 갖고, 전형적으로는 적어도 0.02 cm의 두께를 갖는다.Throughout this specification, the terms "plate", "sheet", "lamina" and "shim" are used interchangeably. The plate has a thickness of 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less, more preferably 0.3 cm or less, and typically has a thickness of at least 0.02 cm.

"외골격"은 라미네이트형 화학적 프로세서의 단부판의 주요 외부면과의 (예로써, 용접을 통한) 긴밀한 접촉을 유지시키고, 보강 부재의 어레이의 경계 외부압과 경계 내부압 사이를 간섭하는 단부판을 따라 연속적으로 연장되는 보강 부재의 어레이이다. 보강 부재의 어레이는 적층 방향(예로써, 라미나의 평면에 수직한 방향)으로의 굽힘에 저항하기 위한 것이다. 외골격은 클램프가 아니며 나사 또는 볼트가 필요하지 않다.&Quot; Exoskeleton " refers to an end plate that maintains intimate contact (e.g., via welding) with a major external surface of an end plate of a laminate-type chemical processor and interferes between the external pressure of the boundary of the array of reinforcement members and the internal pressure of the boundary Is an array of continuously extending reinforcing members. The array of reinforcement members is intended to resist bending in the stacking direction (e.g., in a direction perpendicular to the plane of the lamina). The exoskeleton is not a clamp and does not require screws or bolts.

"갭"은 마이크로채널의 가장 작은 치수이다. 전형적으로, 라미나 장치에서, 갭은 적층(예로써, 높이) 방향에 있다. 용어 "갭"이 사용되는 경우, 양호한 실시예는 마이크로채널의 높이 대신 기재될 수 있다.The " gap " is the smallest dimension of the microchannel. Typically, in a lamina device, the gap is in the stack (e.g., height) direction. If the term " gap " is used, the preferred embodiment may be described in place of the height of the microchannel.

"마이크로채널"은 10 mm 이하, 바람직하게는 2 mm 이하이고 1 ㎛보다 큰(바람직하게는 10㎛보다 큰) 적어도 하나의 내부 치수(벽-대-벽, 촉매는 카운팅하지 않음)를 갖는 채널이고, 50 내지 1500 ㎛의 실시예에서 500 내지 1500 미크론은 촉매를 형성하는 미립자와 사용될 때 특히 바람직하고, 바람직하게는 마이크로채널이 싱 적어도 1cm, 바람직하게는 적어도 20 cm의 치수 내에 남겨진다. 몇몇 실시예에서, 길이가 5 내지 100 cm 범위이고, 몇몇 실시예에서는 10 내지 60 cm의 범위이다. 마이크로채널도 적어도 하나의 출구와 다른 적어도 하나의 입구의 존재에 의해 한정된다. 마이크로채널은 제올라이트 또는 메소포로스(mesoporous) 재료를 통한 채널은 아니다. 마이크로채널의 길이는 마이크로채널을 통과하는 유동의 방향에 대응한다. 마이크로채널 높이 및 폭은 채널을 통과하는 유동 방향에 사실상 수직하다. 마이크로채널이 2개의 주요면(예로써, 적층되어 접합된 시트에 의해 형성된 면)을 갖는 라미네이트형 장치의 경우, 높이는 주요면으로부터 주요면까지의 거리이고 폭은 높이의 수직이다. 몇몇 양호한 실시예에서, 마이크로채널은 직선이거나 또는 사실상 직선이며 - 이것은 방해되지 않는 직선 라인이 마이크로채널을 통과하여 그려질 수 있는 다는 것을 의미한다. ("방해되지 않는"은 고상 촉매, 용제 또는 다른 별개의 고상 재료를 삽입하기 전을 의미한다.) 전형적으로, 장치는 공통의 헤더 및 공통의 풋터를 공유하는 복수의 마이크로채널을 포함한다. 몇몇 장치가 헤더 및 단일 풋터를 갖지만, 마이크로채널 장치는 복수의 헤더 및 복수의 풋터를 가질 수 있다. 또한, 마이크로채널은 적어도 하나의 출구와는 상이한 적어도 하나의 입구의 존재로 한정되며 - 마이크로채널은 제올라이트 또는 메소포로스 재료를 통한 채널이 아니다. 반응 마이크로채널의 높이 및/또는 폭은 약 2 mm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 mm 이하가 바람직하다. 마이크로채널의 측면은 반응 채널벽에 의해 한정된다. 이들 벽은 스테인리스강 또는 Ni-, Co-, 또는 FeCrAlY와 같은 Fe계 초합금과 같은 경질의 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 프로세스층은 열교환 채널로부터 상이한 재료를 포함할 수 있고, 양호한 실시예에서 프로세스층은 30 W/m-K보다 큰 열전도성을 갖는 구리, 알루미늄 또는 다른 재료를 포함한다. 반응 채널의 벽에 대한 재료의 선택은 리액터가 의도하는 반응에 따라 달라질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 반응 챔버벽은 양호한 열전도성을 갖고 내구적인 스테인리스강 또는 인코넬(Inconel; 등록상표)로 구성된다. 전형적으로, 반응 채널벽은 마이크로채널 장치에 대한 1차 구조적 지지부를 제공하는 재료로 형성된다. 마이크로채널 장치는 공지된 방법에 의해 제조될 수 있고, 몇몇 실시예에서는 상호배치식 판을 적층함으로써 ("심"으로서 공지됨) 제조될 수 있고, 반응 채널용으로 설계된 심은 열교환용으로 설계된 심과 상호 배치되는 것이 바람직하다. 몇몇 마이크로채널 장치는 장치에 라미네이트된 적어도 10층(또는 적어도 100층)을 포함하고, 이들 각각의 층은 적어도 10 채널(또는 적어도 100 채널)을 포함하고, 상기 장치는 보다 적은 채널을 갖는 다른 층을 포함할 수 있다.&Quot; Microchannel " refers to a channel having at least one internal dimension (wall-to-wall, catalyst is not counted) less than or equal to 10 mm, preferably less than or equal to 2 mm and greater than 1 탆 And 500 to 1500 microns in the 50 to 1500 micron embodiments are particularly preferred when used with the catalyst forming microparticles and preferably the microchannels are left in the dimensions of at least 1 cm, preferably at least 20 cm. In some embodiments, the length is in the range of 5 to 100 cm, and in some embodiments is in the range of 10 to 60 cm. The microchannel is also defined by the presence of at least one outlet and at least one other inlet. The microchannel is not a channel through zeolite or mesoporous material. The length of the microchannel corresponds to the direction of flow through the microchannel. The microchannel height and width are substantially perpendicular to the direction of flow through the channel. In the case of a laminate-type device in which the microchannels have two main surfaces (for example, a surface formed by laminated and bonded sheets), the height is the distance from the main surface to the major surface and the width is the height of the height. In some preferred embodiments, the microchannel is straight or substantially straight - which means that straight lines that are unimpeded can be drawn through the microchannel. (&Quot; unimpeded " means before inserting a solid catalyst, solvent, or other discrete solid material). Typically, the apparatus includes a plurality of microchannels sharing a common header and a common footer. Although some devices have a header and a single footer, a microchannel device may have a plurality of headers and a plurality of footers. Also, the microchannel is confined to the presence of at least one inlet that is different from the at least one outlet - the microchannel is not a channel through zeolite or mesoporous material. The height and / or width of the reaction microchannel is preferably about 2 mm or less, more preferably 1 mm or less. The side of the microchannel is defined by the reaction channel walls. These walls are preferably made of a hard material such as stainless steel or Fe-based superalloy such as Ni-, Co-, or FeCrAlY. The process layer may comprise a different material from the heat exchange channel, and in a preferred embodiment the process layer comprises copper, aluminum or other material having a thermal conductivity of greater than 30 W / m-K. The choice of material for the walls of the reaction channel may vary depending on the reaction the reactor is intended to be. In some embodiments, the reaction chamber walls are made of durable stainless steel or Inconel (R) with good thermal conductivity. Typically, the reaction channel walls are formed of a material that provides a primary structural support for the microchannel device. The microchannel device may be manufactured by known methods, and in some embodiments may be made by laminating interposed plates (known as " shims "), wherein the shims designed for the reaction channels are designed for heat exchange It is preferable that they are arranged mutually. Some microchannel devices include at least 10 layers (or at least 100 layers) laminated to the device, each layer comprising at least 10 channels (or at least 100 channels) . ≪ / RTI >

몇몇 장치에서, 프로세스 채널이 촉매 입자를 포함한다. 바람직하게, 입자는 5 mm 이하, 몇몇 실시예에서는 2 mm 이하의 크기(가장 긴 치수)를 갖는다. 입자 크기는 체 또는 현미경 또는 다른 적절한 기술에 의해 측정될 수 있다. 비교적 큰 입자에 대해서는 체가 사용된다. 프로세스 채널에 포함된 입자 재료는 촉매, 용제 또는 불활성 재료일 수 있다.In some devices, the process channel comprises catalyst particles. Preferably, the particles have a size of 5 mm or less, in some embodiments 2 mm or less (longest dimension). The particle size can be measured by a sieve or microscope or other suitable technique. For relatively large particles, a sieve is used. The particulate material included in the process channel may be a catalyst, a solvent, or an inert material.

열교환 유체는 프로세스 채널(바람직하게는 반응 마이크로채널)에 인접한 열전달 채널(바람직하게는 마이크로채널)을 통해 유동할 수 있고, 가스 또는 액체일 수 있으며, 스트림, 액체 금속 또는 다른 공지된 열교환 유체를 포함할 수 있어 - 시스템은 열 교환기에서 상변화를 갖도록 최적화될 수 있다. 몇몇 양호한 실시예에서, 복수의 열교환층은 복수의 반응 마이크로채널과 상호배치된다. 예로써, 적어도 10개의 열 교환기는 적어도 10개의 반응 마이크로채널과 상호배치되고, 바람직하게는 반응 마이크로채널의 적어도 10개 층과 인터페이스된 열교환 마이크로채널 어레이의 적어도 10개층을 갖는다. 몇몇 양호한 실시예에서, 프로세스 마이크로채널이 "n"층이면, 열교환층은 "n+1"층이고, 이로써 열교환층은 모든 프로세스층과 측면접하다. 이들 각각의 층은 간단하고, 직선의 채널 또는 층이 보다 복잡한 기하학적 형상을 갖는 채널을 포함할 수 있다. 본 발명은 양 장치 모두로 구성되고 장치 내에 유체가 존재하는 시스템을 포함한다. "접합"에서, 가열 프로세스는 하나의 피스로부터의 요소의 다른 것으로 확산이 생성되는 피스를 접합하는 데 사용되어 이 결과 인터페이스 근처(또는 접합 전에 인터페이스로 사용되는 것 근처)에 확산된 요소로 제품이 접합된다.The heat exchange fluid may flow through a heat transfer channel (preferably a microchannel) adjacent to a process channel (preferably a reaction microchannel) and may be a gas or a liquid and may comprise a stream, a liquid metal, or other known heat exchange fluid The system can be optimized to have a phase change in the heat exchanger. In some preferred embodiments, the plurality of heat exchange layers are interleaved with a plurality of reaction microchannels. By way of example, at least ten heat exchangers are interleaved with at least ten reaction microchannels, and preferably have at least ten layers of heat exchange microchannel arrays interfaced with at least ten layers of reaction microchannels. In some preferred embodiments, if the process microchannel is an "n" layer, the heat exchange layer is an "n + 1" layer, whereby the heat exchange layer is laterally adjacent to all process layers. Each of these layers may comprise a simple, straight channel or a channel with a layer having a more complicated geometric shape. The present invention encompasses a system comprised of both devices and in which fluid is present in the device. In " bonding ", the heating process is used to bond the pieces to which the diffusion is produced to one of the elements from one piece so that the element diffuses near the interface (or near the one used as the interface before bonding) .

브레이징은 일부분들 사이에 개재된 중간층을 사용하여, 중간층은 일부분들보다 낮은 용융점을 갖는다.Brazing uses an intermediate layer interposed between the parts, and the intermediate layer has a lower melting point than the others.

용접은 일부분을 접합하거나 밀봉하는 데 사용된다. 용접이 약간 낮은 녹는점을 가질 수 있는 동일한 재료 또는 유사 재료의 용접 와이어를 사용할 수 있다는 점을 알 수 있더라도, 브레이징과 달리, 용접은 낮은 용융점이 요구되지 않고, 접합부도 라미네이트형 장치의 주변부가 밀봉된 용접된 접합부로서 언급되고 몇몇 용접 관통 깊이는 제품을 통한 것과 다른 주변부에 있다. 마감 피스에서 "용접부"는 숙련자에 의해 식별될 수 있고 - 예로써, 야금학자는 이 기술 분야에 공지된 현미경 검사 또는 다른 기술에 의해 용접부를 식별할 수 있다.Welding is used to bond or seal parts. Unlike brazing, welding does not require a low melting point, and the joints also need to be sealed to the periphery of the laminate-like device, although welding can be seen using welding wires of the same or similar material, Welded joints and some weld penetration depths are at different margins than through the product. The " welds " in the finishing piece can be identified by an expert - by way of example, the metallurgist can identify the weld by microscope inspection or other techniques known in the art.

"접합"은 용접, 접합, 부착, 브레이징을 포함한다. 접합은 2개 이상의 피스들을 함께 결합하는 임의의 프로세스이다.&Quot; Joining " includes welding, joining, attaching, brazing. Joining is any process that joins two or more pieces together.

"기판 조립체"는 점착식 라미네이트형 스택을 형성하도록 서로 부착된 복수의 시트로 구성된다. "기판 조립체"는 때때로 패널로 일컬어지며, 유동 경로를 형성하는 상부와 바닥 시트로 구성될 수 있고, 보다 전형적으로는 많은 유동 경로를 형성하는 스택 내의 많은 시트를 포함할 수 있다.&Quot; Substrate assembly " is comprised of a plurality of sheets attached together to form a tacky laminate-like stack. &Quot; Substrate assembly " is sometimes referred to as a panel, and may comprise many sheets in a stack, which may consist of a top and bottom sheet forming a flow path, and more typically forming many flow paths.

또한, 본 발명은 본 명세서에 기술한 장치 내에서의 유닛 조작을 수행하는 방법도 포함한다. "유닛 조작"은 화학적 반응, 증발, 압축, 화학적 분리, 증류, 응축, 혼합, 가열 또는 냉각을 의미한다. "유닛 조작"은 유닛 조작에 따라 종종 전달이 발생하더라도 유체 전달만을 의미하는 것은 아니다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 유닛 조작은 혼합만이 아니다.The present invention also encompasses a method for performing unit operations within the apparatus described herein. &Quot; Unit operation " means chemical reaction, evaporation, compression, chemical separation, distillation, condensation, mixing, heating or cooling. &Quot; Unit operation " does not necessarily mean fluid delivery, although transfer occurs often, depending on the unit operation. In some preferred embodiments, unit manipulation is not just mixing.

마이크로채널 리액터는 1.0 cm 이하, 바람직하게는 2 mm 이하(몇몇 실시예에서는 약 1 mm 이하)이고 100 nm보다 큰(바람직하게는 1 ㎛보다 큰), 몇몇 실시예에서는 50 내지 500 ㎛의 적어도 하나의 치수(벽-대-벽, 촉매를 카운팅하지 않음)를 갖는 적어도 하나의 반응 채널의 존재를 특징으로 한다. 촉매 함유 채널은 반응 채널이다. 보다 일반적으로, 반응 채널은 반응이 발생되는 채널이다. 반응 채널의 길이는 전형적으로 길다. 바람직하게, 반응 채널의 길이는 1 cm보다 크고, 몇몇 실시예에서는 50 cm보다 크고, 몇몇 실시예에서는 20 cm보다 크고, 몇몇 실시예에서는 1 내지 100 cm 범위이다.The microchannel reactor has a length of less than or equal to 1.0 cm, preferably less than or equal to 2 mm (in some embodiments less than or equal to about 1 mm) and greater than 100 nm (preferably greater than 1 탆) (Wall-to-wall, without counting catalyst) of at least one reaction channel. The catalyst containing channels are reaction channels. More generally, the reaction channel is the channel from which the reaction occurs. The length of the reaction channel is typically long. Preferably, the length of the reaction channel is greater than 1 cm, in some embodiments greater than 50 cm, in some embodiments greater than 20 cm, and in some embodiments from 1 to 100 cm.

"프레스-핏"은, 핀(바람직하게는 구리 파형)이 장치 내의 공간에 배치되는 방식을 기술한다. 프레스-핏 핀은 장치 또는 서브조립체 내이 공극 내에서 압축되거나 안착됨으로써 제위치에 보유된다. 소량의 택 용접이 있을 수 있지만, 프레스-핏 핀은 모든 접촉 지점에서 제 위치로 브레이징되거나 또는 용접되지 않는다. 바람직하게, 프레스 핏 핀은 임의의 접착제 또는 임의의 이러한 화학적 접합에 의해 제 위치에 보유되지 않는다.&Quot; Press-pit " describes the manner in which a fin (preferably a copper waveform) is disposed in a space within the apparatus. The press-fit pin is held in place by being compressed or seated within the device or within the subassembly. While there may be a small amount of tack welds, the press-fit pins are not brazed or welded in place at all contact points. Preferably, the press-fit pin is not held in place by any adhesive or any such chemical bonding.

개방 공간 - 텐션에 저항하는 접합된 내부 지지부가 없는 프로세서 내의 공간을 의미한다. 개방 공간은 압축 상태의 지지부를 제공하는 리브 또는 다른 구조체를 포함할 수 있지만, 이러한 구조체는 인터페이스의 양 측면에 접합되지 않아 텐션에 저항하지 않는다. "개방 공간"은 큰 공간의 일부로서 존재할 수 있지만, 바람직한 실시예에서 라미네이트형 장치는 용접되거나 또는 그렇지 않으면 주변부에만 접합된다.Open space - refers to the space within the processor where there is no joined internal support that resists tension. The open space may include ribs or other structures providing a support in a compressed state, but such structures are not bonded to both sides of the interface and do not resist tension. The " open space " may exist as part of a larger space, but in the preferred embodiment the laminated device is welded or otherwise bonded only to the periphery.

공극 공간은 장치의 하나 이상의 입구로 통과되는 N2 가스에 접근가능한 장치 내의 공간이다. 공극 공간의 체적은 적어도 10초 동안 공간을 진공화하고 N2가스를 공간으로 통과시키고 공간을 충만시키는 N2 가스의 양을 측정함으로써 측정될 수 있다.The void space is a space within the apparatus that is accessible to the N2 gas that is passed through at least one inlet of the apparatus. The volume of the void space can be measured by evacuating the space for at least 10 seconds and measuring the amount of N2 gas passing the N2 gas into the space and filling the space.

내부 선형 용접 - 외부 주변부 용접 장치의 주변부 내에서 2개 이상의 라미네이트를 함께 접합하는 용접이다.Internal Linear Welding - Welding that joins two or more laminates together in the periphery of the outer peripheral welder.

표준 특허 용어로써, "포함하다"는 "구비하다"의 의미고 이들 용어는 부가적이거나 또는 복수의 구성 요소의 존재를 배제하는 것은 아니다. 예로써, 장치가 라미나, 시트 등을 포함하는 경우, 본 발명의 장치는 복수의 라미나 시트 등을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 다른 실시예에서, 용어 "포함하다"는 보다 제한적인 용어 "필수적으로 구성되다" 또는 "구성되다"로 대체될 수 있다.In standard patent terms, " comprises " means " comprising " and these terms do not exclude the presence of additional or plural components. By way of example, it should be appreciated that where the device comprises a lamina, sheet, etc., the device of the present invention may comprise a plurality of lamina sheets or the like. In other embodiments, the term " comprising " may be replaced by the more restrictive term " essentially composed " or " composed ".

브레이징은 구성 재료의 녹는 온도 이하의 온도에서 녹는 중간층 재료의 첨가가 요구된다. 중간층은 확산 브레이징 또는 브레이징 프로세스 중에 액체로 된다. 액체 중간층은 재료들이 함께 접합되도록 갭 또는 간극을 채우도록 유동한다. 또한, 중간층은 유동하여 확산되므로, 중간층으로부터의 재료는 모재로 확산될 수 있고 모재로부터의 재료는 중간층으로 확산될 수 있다. Brazing requires the addition of an interlayer material that melts at a temperature below the melting temperature of the constituent material. The intermediate layer becomes liquid during the diffusion brazing or brazing process. The liquid interlayer flows to fill the gaps or gaps so that the materials are bonded together. Further, since the intermediate layer flows and diffuses, the material from the intermediate layer can be diffused into the base material, and the material from the base material can be diffused into the intermediate layer.

확산이 진행될 때, 중간재의 국부적 조성을 변화시킨다. 또한, 최대 온도에 도달한 후 온도가 하강될 때, 액체 중간층은 고화되고 2 개의 모재층 사이의 간극을 충전한다. 고화가 온도 또는 조성에 의해 진행될 수 있다. 후자의 경우, 아인산 또는 붕소와 같은 녹는점 억제제가 중간층이 모재보다 저온에서 녹게 하도록 첨가될 수 있다. 유사한 예에서, 확산 접합 장치도 열전달층들 사이에서 긴밀한 열접촉부를 형성한다.As diffusion proceeds, the local composition of the intermediate material is changed. Further, when the temperature is lowered after the maximum temperature is reached, the liquid intermediate layer solidifies and fills the gap between the two base material layers. The solidification can proceed by temperature or composition. In the latter case, a melting point depressant such as phosphorous acid or boron may be added so that the intermediate layer melts at a lower temperature than the parent material. In a similar example, the diffusion joining device also forms a tight thermal contact between the heat transfer layers.

도 1은 프로세스층을 조립할 수 있는 몇몇 구성요소를 도시한다.
도 2는 서브-조립체 및 스택 서브조립체를 형성하기 위한 구성요소의 스택을 도시한 것으로, 각각 3 핀 인서트를 포함하는 프로세스층을 도시한다.
도 3은 압축 상태의 라미네이트형 스택을 도시한 것으로, 장치의 코너부의 도면이다.
도 4a는 스트레인 릴리프 접합부를 형성하는 2 개의 판을 도시한다.
도 4b는 리액터 코어의 상부 및 바닥에 용접된 팽창 접합 조립체를 도시한다.
도 5는 라미네이트형 장치의 외부에 위치되는 "할로"를 도시한다.
도 6은 냉각액 채널 조립체와 정렬된 냉각액면 및 단부판 모따기면을 도시한다.
도 7은 촉매 보유 조립체를 위해 보다 균일한 프레임워크를 생성하도록 부가된 (도에서 우측) 필렛 용접부를 도시한 사진으로, 도 7의 우측에 도시한 불규칙한 핀 형상은 압축에 의해 생성된다.
도 8은 본 발명의 리액터를 위한 프로세스 매니폴드를 도시한 것으로, 도면은 매니폴드(상부 및 하부)와 라미네이트형 리액터 코어(중앙)를 도시한다.
도 9는 본 발명의 장치를 위한 냉각액 매니폴드를 도시한다.
도 10은 부분 보일링으로의 천이 및 전 용접 리액터의 안정된 성능을 도시한다.
도 11은 70 ms의 접촉 시간에서 본 발명의 전 용접 리액터의 열 흐름의 플롯을 도시한다.
도 12는 곡률을 저감하기 위해 냉각액 채널과 평행한 예비-캠버(pre-camber)로 예비-캠버링되는 것을 도시한다.
도 13은 레이저 용접 프로세스로부터 형성된 릿지에 인접한 프레스 핏 핀의 분해 사진으로, 핀은 릿지에 접촉하고 작은 틈의 크랙이 핀과 열전달 벽 사이에서 관측된다.
도 14는 바닥판에 형성된 평행하고 인접한 냉각액 채널들 사이에서 리브의 상부에 접합한 레이저 용접선을 도시한다.
도 15는 외부 지지부(외골격)를 갖는 리액터와 라미네이트형 리액터 코어(좌측)를 도시한다.
도 16은 스팟 용접에 의해 접합된 4개의 서브조립체로부터 형성된 조립체를 도시한다.
도 17은 외부 지지부를 갖는 예8의 장치를 도시한 것으로, 이 장치는 대략 0.6-m X 0.6-m x 0.08-m이다.
도 18은 예8의 장치의 프로세스 회로의 유체 정역학적 테스트에 사용되는 압력 사이클의 플롯을 도시한다.
도 19는 예8의 장치의 냉각액 도관의 유체 정역학적 테스트에 사용되는 압력 사이클의 플롯을 도시한다.
도 20은 베드의 중심선을 따르는 촉매 온도의 플롯을 도시한 것으로, 핀 높이는 0.025"(0.563 cm)이다.
도 21은 예10의 패킹된 베드의 중심선을 따르는 촉매 온도를 도시한 것으로, 핀 높이는 0.5"이다.
도 22는 예10의 패킹된 베드의 중심선을 따르는 촉매 온도를 도시한 것으로, 핀 높이는 1.0"(2.5 cm)이다.
Figure 1 shows some components in which a process layer can be assembled.
Figure 2 shows a stack of components for forming sub-assemblies and stack subassemblies, each showing a process layer comprising a 3-pin insert.
Figure 3 shows a laminate stack in a compressed state, showing the corner of the device.
Figure 4a shows two plates forming a strain relief junction.
Figure 4b shows an expansion joint assembly welded to the top and bottom of the reactor core.
Figure 5 shows " halo " located outside the laminated device.
Figure 6 shows the cooling liquid surface and end plate chamfered surface aligned with the cooling liquid channel assembly.
FIG. 7 is a photograph showing the fillet welds (right in the figure) added to create a more uniform framework for the catalyst retention assembly, wherein the irregular pin shapes shown on the right side of FIG. 7 are generated by compression.
Figure 8 illustrates a process manifold for a reactor of the present invention, which shows a manifold (upper and lower) and a laminated reactor core (center).
Figure 9 shows a coolant manifold for an apparatus of the present invention.
Figure 10 shows the transition to the partial boiling and the stable performance of the pre-welded reactor.
11 shows a plot of the heat flow of the pre-welded reactor of the present invention at a contact time of 70 ms.
Fig. 12 shows pre-cambering into a pre-camber parallel to the coolant channel to reduce curvature.
Figure 13 is a photograph of a press fit pin adjacent to a ridge formed from a laser welding process in which the pin contacts the ridge and a crack in a small gap is observed between the fin and the heat transfer wall.
Figure 14 shows a laser weld line bonded to the top of the rib between parallel and adjacent coolant channels formed in the bottom plate.
Figure 15 shows a reactor with an external support (exoskeleton) and a laminate reactor core (left).
Figure 16 shows an assembly formed from four subassemblies joined by spot welding.
Figure 17 shows the apparatus of Example 8 with an external support, which is approximately 0.6-m X 0.6-mx 0.08-m.
18 shows a plot of the pressure cycle used in the hydrostatic testing of the process circuit of the apparatus of Example 8. Fig.
Figure 19 shows a plot of the pressure cycle used for hydrostatic testing of the coolant liquid conduits of the apparatus of Example 8;
Figure 20 shows a plot of the catalyst temperature along the centerline of the bed, with a pin height of 0.025 " (0.563 cm).
Figure 21 shows the catalyst temperature along the centerline of the packed bed of Example 10, with a pin height of 0.5 ".
Figure 22 shows the catalyst temperature along the centerline of the packed bed of Example 10, with a pin height of 1.0 " (2.5 cm).

상기 설명한 본 발명은 장치를 제조하기 위한 방법과 상기 방법에 의해 제조될 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명은 상기 장치에서의 유닛 조작을 수행하는 방법을 더 포함한다. 유닛 조작은 화학적 반응, 상변화, 혼합, 열 전달 및 격리를 포함할 수 있다. 상기 장치는 마이크로채널일 수 있거나 또는 큰 특징적 치수를 갖는 장치에 사용될 수 있다. 특징적인 마이크로채널의 치수는 10 mm 이하, 약 0.001 mm 내지 10 mm의 범위, 바람직하게는 0.01 mm 내지 2 mm, 몇몇 실시예에서는 0.1 내지 2 mm의 범위로서 한정된다.The present invention described above provides a method for manufacturing an apparatus and an apparatus that can be manufactured by the method. The present invention further includes a method of performing unit operations in the apparatus. Unit operations may include chemical reactions, phase changes, mixing, heat transfer and sequestration. The device may be a microchannel or may be used in an apparatus having a large characteristic dimension. The dimensions of the characteristic microchannels are limited to a range of 10 mm or less, in the range of about 0.001 mm to 10 mm, preferably 0.01 mm to 2 mm, in some embodiments in the range of 0.1 to 2 mm.

몇몇 실시예에서, 방법은 적어도 2개의 시트인 바닥 시트와 상부 시트로부터 서브조립체를 형성하는 제1 단계를 포함하며, 상기 바닥 시트는 에칭 채널을 포함할 수 있고, 이와 달리 채널을 통과하는 시트는 상부 시트와 바닥 시트 사이에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 서브조립체는 3개 이상의 시트로부터 제조될 수 있다. 작은 누수가 있을 수 있지만 제1 서브조립체를 통해 유동하는 유체는 사실상 제1 서브조립체 내에 머문다. 제2 단계에서, 제1 서브조립체는 프로세스층에 인접하게 적층되고, 서브조립체 및 프로세스층은 적어도 2개 이상의 유체 통로를 구비한 조립체를 형성하도록 열접촉으로 가압 삽입된다.. In some embodiments, the method includes a first step of forming a subassembly from a top sheet and a bottom sheet, the bottom sheet being at least two sheets, wherein the bottom sheet may comprise an etch channel, And can be disposed between the top sheet and the bottom sheet. In some embodiments, subassemblies can be made from three or more sheets. There may be a small leak, but the fluid flowing through the first subassembly substantially remains within the first subassembly. In a second step, the first subassembly is laminated adjacent to the process layer, and the subassembly and process layer are pressed into thermal contact to form an assembly having at least two fluid passages.

서브조립체를 접합하는 하나의 방법은 유체 통로를 생성하도록 2개 이상의 층을 구비하는 층의 짧은 스택을 생성한다. 다른 실시예에서, 2개 층 이상이 2개 이상의 유체를 위한 유체 통로를 허용하는 서브조립체 또는 평행 유체 통로의 어레이를 생성하도록 접합될 수 있다.One method of joining subassemblies produces short stacks of layers with two or more layers to create fluid passageways. In another embodiment, two or more layers may be joined to create an array of subassemblies or parallel fluid passages that allow fluid passageways for two or more fluids.

제1 서브조립체를 형성하기 위한 하나의 실시예로서, 처리된 채널(채널은 에칭에 의해 형성될 수 있음)을 갖는 심 또는 라미나는 상부판에 접합된다. 서브조립체의 에지는, 유동이 의도되지 않은 측면 또는 다른 경로를 통해 누수되는 것과 달리, 제1 입구로부터 진입하는 유체의 95%보다 큰 그리고 바람직하게는 99%보다 큰 더욱 바람직하게는 99.9%보다 큰 양이 제1 출구로부터 서브조립체에 남겨지도록 유체 통로의 연속성을 유지시키고 측면 밖으로 유체가 누수되는 것을 방지하기 위해 에지를 따라 사실상 밀폐식 밀봉된다. 다른 실시예에서, 라미네이트 기하학적 형상으로 한정된 하나 이상의 입구 및/또는 출구를 가질 수 있다.As one embodiment for forming the first subassembly, a shim or laminae top plate having a processed channel (the channel may be formed by etching) is bonded. The edges of the subassembly are larger than 95%, and preferably greater than 99%, and more preferably greater than 99.9% of the fluid entering from the first inlet, as opposed to leaking through unintended side or other paths. Sealed substantially along the edge to maintain continuity of the fluid passageway so that the amount is left in the subassembly from the first outlet and to prevent fluid from leaking out of the side. In other embodiments, it may have one or more inlets and / or outlets defined in a laminate geometry.

바람직하게, 라미네이트는 연속 금속 또는 재료의 코리더(corridor)를 따르는 서브조립체의 상부 및 또는 바닥면을 따라 밀봉되며, 몇몇 실시예에서는 적어도 50%의 코리더가 적어도 상부 및/또는 바닥면의 길이 방향으로의 연속 밀봉부를 갖고, 전형적으로 밀봉부는 채널을 이격시키는 채널벽을 따른다. 서브조립체가 적층될 때 금속이 층들 사이에 접촉 상태가 되는 영역에서만 접합이 발생한다. 상기 장치가 제조된 후 트래버스하는(traverse) 유체 채널 또는 유체용 공극을 갖는 영역은 폐쇄되지 않는다는 점을 알 수 있다. 밀봉부를 형성하기 위한 접촉부에는 2가지 재료가 사용된다. 또한, 서브조립체의 하나 이상의 면을 따르는 서브조립체의 접합은 유체 경로를 따라 연속적일 수 있거나 또는 장치의 구조적 조작 필요에 따라 요구될 때마다 간헐적일 수 있다. 유체는 조작 전 퀄리티(quality) 제어 체크 중 또는 조작 장치로 테스트될 때 제1 서브조립체 다음까지 하나의 평행 채널로부터 누수될 수 있거나 트래버스 될 수 있다. 트래버스 유동의 소량은 채널 유동 당 20 % 미만, 보다 바람직하게는 10 % 미만, 더욱 바람직하게는 2 % 미만이고, 이들 퍼센트는 모든 채널을 지나는 트래버스 유동 평균, 또는 선택된 채널을 지나는 트래버스 유도를 기초로 할 수 있다.Preferably, the laminate is sealed along a top and / or bottom surface of a subassembly along a continuous metal or corridor of material, and in some embodiments at least 50% of the corridors are oriented at least in the longitudinal direction of the top and / And the seal typically follows a channel wall that separates the channel. When the subassembly is laminated, bonding occurs only in the region where the metal is in contact between the layers. It will be appreciated that the region having a fluid channel or a cavity for fluid traverse after the device is manufactured is not closed. Two materials are used for the contact portion for forming the sealing portion. Also, the joining of the subassemblies along one or more sides of the subassembly can be continuous along the fluid path or intermittent as required depending on the structural manipulation needs of the device. The fluid can be leaked or traversed from one parallel channel up to the first subassembly during quality control check or when tested with an operating device. A minor amount of traverse flow is less than 20% per channel flow, more preferably less than 10%, more preferably less than 2%, these percentages being based on a traverse flow average across all channels, or a traverse induction across selected channels can do.

서브조립체의 접합은 적어도 2개의 층을 포함하지만, 3개 이상의 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 20개 이상의 층이 서브조립체에 접합된다. 제1 서브조립체를 접합시키기 위한 방법은 레이저 용접, 저항 용접, 마찰 교반 용접, 초음파 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 확산 브레이징 또는 천이 액상 브레이징, 접착제 접합, 반응 접합, 기계적 접합 등을 포함하지만, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 바람직한 실시예에서는 (접합 후 금속 뒤틀림의 양을 제한하는 저에너지 입력때문에 특별하게 파이버(fiber) 레이저 및 Yb 파이버 레이저를 갖는) 특정 타입의 레이저 용접이 사용된다.The junction of subassemblies includes at least two layers, but may include three or more layers. In one embodiment, at least 20 layers are bonded to the subassembly. Methods for joining the first subassembly include but are not limited to laser welding, resistance welding, friction stir welding, ultrasonic welding, diffusion bonding, brazing or diffusion brazing or transition liquid brazing, adhesive bonding, reactive bonding, But is not limited to. In a preferred embodiment (especially with fiber lasers and Yb fiber lasers due to low energy input limiting the amount of metal warping after bonding), certain types of laser welding are used.

서브조립체의 면을 접합하기 위한 방법은 서브조립체의 에지를 밀봉하기 위한 방법과 동일하거나 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 파이서 레이저는 주변부를 따라 밀봉하는 데 사용되고, 다른 실시예에서는 펄스 레이저가 사용된다. 다른 용접 또는 접합 방법이 (유체 통로가 층에 진입하거나 빠져나오는 영역을 제외하고) 주변부를 따라 밀봉하는 데 사용될 수도 있다.The method for joining the sides of the subassembly may be the same or different from the method for sealing the edges of the subassembly. In one embodiment, a Paser laser is used to seal along the periphery, and in other embodiments a pulsed laser is used. Other welding or bonding methods may be used to seal along the periphery (except in the area where the fluid passages enter or exit the layer).

접합 또는 밀봉된 서브조립체는 조립체로 적층하기 전 퀄리티("QC'd")에 대해 체크되는 것이 바람직하다. 모든 서브조립체가 평가될 수 있거나 또는 서브조립체의 통계확적 샘플링이 QC'd일 수 있거나 또는 서브조립체의 샘플링이 퀄리티에 대해 평가될 수 있다. 퀄리티 체크는 누수에 대해 체크하는 압력 테스트, 압력 하강에 대해 체크하는 유동 테스트 또는 의도된 밀봉 내부 평행 채널들 사이에서 유동의 암시일 수 있는 체류시간 분포에 대해 체크하는 다이(dye) 테스트를 포함할 수 있다. The bonded or sealed subassembly is preferably checked for quality (" QC'd ") prior to lamination with the assembly. All subassemblies can be evaluated or the statistical sampling of the subassembly can be QC'd or the sampling of the subassembly can be evaluated for quality. The quality check may include a pressure test to check for leaks, a flow test to check for a pressure drop, or a dye test to check for a residence time distribution which may be an indication of flow between the intended sealed inner parallel channels .

접합 또는 밀봉된 서브조립체는 2개 이상의 유체 통로 세트를 갖는 장치를 생성하도록 유체 통로의 제2 어레이 또는 제2 서브조립체에 접합된 서브조립체들을 배치하거나 상호배치함으로써 조립체로 접합될 수 있다.Bonded or sealed subassemblies may be joined to an assembly by disposing or interleaving subassemblies bonded to a second array or second subassembly of fluid passages to create a device having two or more fluid passage sets.

유체 통로는 포움(foam), 펠트(felt), 와드(wad), 에어로겔(aerogel) 및 벌집과 같은 셀룰러 구조체 등과 같은 화학적 프로세스에 유용한 파형 또는 핀 구조체 또는 이와 다른 구조체를 포함할 수 있다. 몇몇 양호한 실시예에서, 파형 또는 핀 구조체는 1보다 큰 어스펙비(높이 대 폭)을 갖는 채널 또는 챔버를 생성하며, 상기 높이는 2개의 서브조립체들 사이의 거리이고, 폭은 반복적인 핀 또는 파형의 인접 레그(파면)들 사이의 거리이다. 이와 다른 실시예에서, 제2 유체 통로는 임의의 열전도성 구조체를 포함할 수 있다.Fluid passageways may include corrugated or pinned structures or other structures useful in chemical processes such as cellular structures such as foam, felt, wad, aerogels and honeycomb. In some preferred embodiments, the corrugation or fin structure creates a channel or chamber having an aspect ratio (height to width) greater than 1, the height being the distance between the two subassemblies, the width being a repetitive pin or wave shape The distance between adjacent legs (wavefronts) In yet another embodiment, the second fluid passageway may comprise any thermally conductive structure.

양호한 실시예에서, 제2 유체 통로는 프로세스 채널이고, 제1 서브조립체는 열전달 채널을 포함하고, 이와 달리 몇몇 실시예에서 이러한 기능은 역일 수 있다.In a preferred embodiment, the second fluid passageway is a process channel, the first subassembly includes a heat transfer channel, and in other embodiments this function may be reversed.

프로세스 유체 통로를 구성하는 데 사용될 수 있는 구성요소의 예가 도 1에 도시되고, 파형은 평면 포일로부터 생성된다. 유체 통로의 외부는 스트립의 에지(주변 스트립 또는 p-스트립으로서 한정됨) 또는 측면 바아로 밀봉되고 지지 스트립(s-스트립)의 사용도 포함할 수 있다.An example of a component that can be used to construct a process fluid path is shown in FIG. 1, wherein a waveform is generated from a planar foil. The outside of the fluid passageway may be sealed with the edges of the strip (defined as peripheral strips or p-strips) or side bars and the use of support strips (s-strips).

제1 서브조립체는 (파형층으로서 도시된) 제2 유체 통로의 층 사이에 위치되거나 적층된다. 도 2에 도시된 바와 같다. 단일의 인접 제2 유체 통로 또는 복수의 인접 유체 통로 (도 2에는 3개를 도시)가 제2 유체 통로를 위한 각각의 층에서 적층될 수 있다.The first subassembly is positioned or laminated between layers of the second fluid passageway (shown as corrugated layer). As shown in FIG. A single adjacent second fluid passage or a plurality of adjacent fluid passages (three shown in FIG. 2) may be laminated in each layer for the second fluid passage.

프로세스 파형은 핀의 정점을 따르는 용접을 사용하거나 또는 제1 서브조립체와 제2 유체통로 사이의 접촉부의 열전도성을 개선시키는 열적 연결된 접착재 또는 다른 재료를 사용하여 제1 서브조립체에 접합될 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 층은 열전도성을 개선시키기 위한 어떠한 재료의 첨가없이 적층 및 용접 중에 서로 접합된다. (본 실시예에서 브레이징 또는 용접 접합부가 없는 것을 "프레스-핏"이라 칭한다.) 다른 실시예에서, 첨가 재료가 제1 서브조립체와 제2 유체 통로 사이의 접촉 저항을 저감시키기 위해 부가된다. 다른 실시예에서, 화학 프로세스 중에 열접촉은 다상 프로세스의 사용에 의해 개선될 수 있고, 프레스 핏 프로세스 구조체와 서브조립체 사이의 작은 간극 또는 갭은 모세관력을 통한 처리 중에 액체로 충전된다. 액체는 우선적으로 갭을 충전할 수 있고 화학 프로세스 유닛으로서 작용될 때의 복합 구조체의 전도성을 강화시킨다.The process waveform may be bonded to the first subassembly using a thermally bonded adhesive or other material that uses welding along the apex of the pin or improves the thermal conductivity of the contact between the first subassembly and the second fluid passageway. In one embodiment, the two layers are bonded together during lamination and welding without the addition of any material to improve thermal conductivity. (In this embodiment, the absence of a brazed or welded joint is referred to as a "press-fit.") In another embodiment, an additive material is added to reduce the contact resistance between the first subassembly and the second fluid passageway. In another embodiment, thermal contact during a chemical process may be improved by use of a polyphase process, and a small gap or gap between the press pit process structure and the subassembly is filled with liquid during processing through the capillary force. The liquid may preferentially fill the gap and enhance the conductivity of the composite structure when it is acting as a chemical process unit.

제1 서브조립체와 제2 유체 통로 모두를 포함하는 하이브리드 스택을 적층한 후, 본 발명의 장치는 외부 용접, 접착제 및 반응 접합과 같은 방법에 의해 스택을 형성하도록 관여된다. 스택 용접은 TIG, MIG, 레이저 용접, 전자빔 용접 등을 포함하는 상이한 형태의 용접 방법을 사용할 수 있다. 외부 용접은 우선적으로 재생가능성 및 비용 절감을 위해 자동화된다. 화학 프로세서의 온도 및 압력이 땜납과의 전도가 이루어지도록 충분하게 부드러운 경우 땜납도 주변부를 접합시키기 위한 선택 사항일 수 있다.After laminating the hybrid stack including both the first subassembly and the second fluid passageway, the device of the present invention is engaged to form a stack by methods such as external welding, adhesive, and reactive bonding. Stack welding can use different types of welding methods including TIG, MIG, laser welding, electron beam welding, and the like. External welding is primarily automated for reproducibility and cost savings. Solder may also be an option to bond the perimeter if the temperature and pressure of the chemical processor is sufficiently soft to allow conduction to the solder.

최종 조립체를 접합하기 전, 스택은 층들이 접촉하여 공극을 저감시키도록 압축될 수 있고 최종 장치 접합이 발생된다. 압축은 예로써, 볼트 조립체에 로드를 인가하는 클램프식 고정구의 사용으로 또는 스택에 로드를 인가하기 위한외부 압력의 사용을 통해 발생될 수 있다. 프레스-핏 파형은 압축 중에 변형될 수 있고 압축이 제거된 후 변형된 상태로 유지될 수 있다.Prior to bonding the final assembly, the stack can be compressed to reduce the pores by contacting the layers, resulting in a final device bond. Compression may occur, for example, through the use of a clamp-type fastener applying a load to the bolt assembly or through the use of external pressure to apply a load to the stack. The press-fit waveform can be deformed during compression and can remain deformed after compression is removed.

서브조립체는 적층 전에 평탄화 처리가 필요하다. 하나의 평탄화 방법은 레벨링 기계(leveling machine)를 사용하여 레이저 용접된 서브조립체의 롤 평탄화단계를 포함한다. 이 방법은 6" x 24"(15 cm x 60 cm) 패널이 사용될 때 변형을 저감시킨다. 이러한 패널은 용접선의 길이를 따라 하나의 치수 변화를 갖는다. 롤 평탄화는, 일부가 2개의 방향으로 변형되는(그릇 형상 또는 3차원 포물 형상) 24" x 24"(60 cm x 60 cm) 서브조립체에는 성공적이지 못하다. 종래의 레벨링 기계는 뒤틀린 부분을 평탄화하는 데 사용되지만, 그 결과 레이저 용접부가 파손된다. 뒤틀린 부분을 보다 평탄화된 상태로 덜 공격적으로 굽히는 데 엄격하지 않고 부드러운 핸드 롤러가 사용되었다. 엄격하지 않은 핸드 롤러는 다소 변형을 저감시키지만, 평탄면 상에 놓여질 때 임의의 코너에서 1 cm 미만으로 안착되는 것으로 정의된 평탄 상태까지 저감시키지는 못한다. 따라서, 부드러운 평탄화는 특히 상이한 폭과 길이를 갖는 조립체 (즉, 사각형이 아닌 서브조립체)에 대해 우수한 장치를 생성할 수 있다. 몇몇 양호한 실시예에서, 평탄화는 약 15 cm 이하의 폭, 몇몇 실시예에서는 10 내지 20 cm의 폭을 갖는 서브조립체에 대해 수행된다.The subassembly requires planarization prior to lamination. One method of planarization includes roll leveling of laser-welded subassemblies using a leveling machine. This method reduces deformation when a 6 "x 24" (15 cm x 60 cm) panel is used. These panels have one dimensional change along the length of the weld line. Roll planarization is unsuccessful in a 24 "x 24" (60 cm x 60 cm) subassembly where part is deformed in two directions (bowl or three-dimensional parabolic shape). Conventional leveling machines are used to planarize twisted portions, but as a result, laser welds are broken. A soft hand roller was used instead of rigidly bending the twisted portion in a more flattened and less aggressive manner. A non-rigid hand roller somewhat reduces deformation but does not reduce it to a flattened condition defined as being less than 1 cm at any corner when placed on a flat surface. Thus, a smooth planarization can produce a superior device especially for assemblies having different widths and lengths (i.e. sub-assemblies that are not square). In some preferred embodiments, planarization is performed on subassemblies having a width of less than about 15 cm, and in some embodiments, a width of 10 to 20 cm.

V-홈은 용접 필렛이 V-홈을 충전하는 데 적용될 수 있기 때문에 서브조립체들 사이에 이점이 있다. 서브조립체는 사이드 바아 또는 에지 스트립 영역으로부터 약간 돌출될 수 있다. 다른 실시예에서, 서브조립체는 에지 스트립과 사실상 동일한 높이이다. 사실상 동일 높이라는 것은 서브조립체 두께의 5 이하의 증분을 의미한다. 예로써, 서브조립체가 0.01"(0.025 cm) 두께인 경우 서브조립체의 에지는 에지 스트립의 에지로부터 0.05"(0.125 cm)보다 많게 돌출되지 않거나 함입되지 않는다. 0.06"(0.15 cm) 서브조립체에 대해, 동일 높이 에지로부터의 오프셋은 약 0.3"(0.75 cm)보다 많지 않고, 양호한 오프셋의 정도는 평탄부로부터 0.06"(0.15 cm)보다 많지 않는 것으로, 예로써 바람직한 실시예로서 0.06"(0.15 cm) 돌출 또는 0.06"(0.15 cm) 함입이다. The V-grooves are advantageous between sub-assemblies because the weld fillets can be applied to fill the V-grooves. The subassembly may protrude slightly from the sidebar or edge strip region. In another embodiment, the subassembly is substantially flush with the edge strip. In fact, the same height means an increment of sub-assembly thickness of less than five. By way of example, if the subassembly is 0.01 "(0.025 cm) thick, the edges of the subassembly do not protrude or engage more than 0.05" (0.125 cm) from the edge of the edge strip. For 0.06 "(0.15 cm) subassemblies, the offset from the same height edge is not greater than about 0.3" (0.75 cm), and the degree of good offset is no greater than 0.06 "(0.15 cm) from the flat portion, 0.06 "(0.15 cm) overhang or 0.06" (0.15 cm) overhang as a preferred embodiment.

이러한 제조의 하이브리드 방법의 핵심 이점은 표면 처리 시 확산 접합 및 또는 브레이징에 대한 요구를 저감시키는 것이다. 표면은 배우 깨끗하고 평탄해야 하고, 퀄리티 확산 접합 및 또는 브레이즈 동안 긴밀하게 끼워지는 긴밀한 공차를 갖는다. 브레이징 및 또는 접합 단계의 제거는 확산 접합 및 또는 브레이징을 위해 요구되는 것과 같이 큰 장치를 고온으로 할 필요를 제거한다. 큰 장치를 가열 및 냉각하는 데 요구되는 에너지는, 과도한 기계적 열 스트레인과 이로 인한 변형을 발생시키지 않으면서 접합 또는 브레이징 타임까지 큰 장치를 가열하고 냉각하는 데 요구될 때 중요하다. 주로 평면 내부 라미나로 구성된 스테인리스강으로부터 제조된 장치에 대해, 최외측으로부터 중심점까지의 내부 열구배는 층의 기계적 변형을 방지하도록 약 30℃보다 작고 500℃보다 커야한다. 0.5 m x 0.5 m보다 큰 단면적을 갖는 장치에 대해, 진공 기반 열 프로세스에서 브레이즈 또는 접합될 때 장치를 가열하는 데 수일이 소요되고 냉각시키는 데 수일이 소요될 수 있다. 이러한 요구되는 처리 시간 및 해당 부분의 표면 준비에는 리액터의 전체 비용을 증가시킨다.A key advantage of the hybrid method of this manufacturing is to reduce the need for diffusion bonding and / or brazing during surface treatment. The surface must be clean and flat, and have tight tolerances that are tightly fitted during quality diffusion bonding and / or brazing. The elimination of the brazing and / or bonding step eliminates the need to make the large device hot as required for diffusion bonding and / or brazing. The energy required to heat and cool a large apparatus is important when it is required to heat and cool a large apparatus to a junction or brazing time without causing excessive mechanical thermal strain and thereby deforming. For devices made from stainless steel consisting mainly of planar internal laminas, the internal thermal gradient from the outermost to the center point should be less than about 30 ° C and greater than 500 ° C to prevent mechanical deformation of the layer. For devices with cross-sectional areas greater than 0.5 m x 0.5 m, it may take several days to heat the device and several days to heat the device when brazed or bonded in a vacuum-based thermal process. This required processing time and surface preparation of the part increases the overall cost of the reactor.

본 발명의 장치 제조용 방법은 리액터의 확산 접합 및 또는 브레이즈 단계의 필요성을 없앤다. 본 발명의 방법의 결과로 리액터는 비용을 낮추고 시간을 단축시키면서 높은 퀄리티로 제조된다.The method for manufacturing a device of the present invention eliminates the need for a diffusion bonding and / or brazing step of the reactor. As a result of the process of the present invention, reactors are manufactured to a high quality while reducing costs and time.

본 발명의 프레스 핏 장치로부터의 놀라운 결과는 층들 사이에 접촉 저항의 효과이다. 층들의 프레스 핏은 긴밀한 열접촉을 보장하지 않고, 장치의 크기가 증가할 때 더 악화되고 평탄화 개시 부분은 완벽하지 않다. 유체 스트림을 분리하는 낮은 퀄리티 접촉 영역을 통해 제1 서브조립체와 제2 유체 통로 사이에서의 열이 제거된다. 확산 접합 또는 브레이즈 장치에서, 각각의 층은 접합 및 또는 브레이징의 본성에 의해 긴밀한 열접촉을 이루는 반면, 국부적인 면의 거칠기 및 또는 부분 불규칙성 또는 추기 변형은 층들 사이의 열 전달 효과를 저감시킨다. 층들 사이의 열접촉의 중요성은 리액터 또는 장치에 대한 프로세스 조작 요구에 따라 달라질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 2개의 층들 사이의 내부 공극은 조작 중에 프로세스 유체에 의해 충전된다. 다른 실시예에서, 그래파이트 또는 비교할만한 중간층과 같은 변형가능 솔리드 또는 액체 또는 퍼티(putty) 또는 접착제와 같은 열적 연결 재료가 2개의 유체층들 (적어도 하나는 프레스 핏 층임) 사이의 접촉 저항을 감소시키기 위해 프레스-핏 층으로 도입된다.The surprising result from the press-pit apparatus of the present invention is the effect of the contact resistance between the layers. The press pits of the layers do not guarantee intimate thermal contact, but become worse as the size of the device increases and the planarization initiation portion is not perfect. Heat is removed between the first subassembly and the second fluid passage through the low quality contact area separating the fluid stream. In a diffusion bonding or brazing device, each layer makes close thermal contact by the nature of bonding and / or brazing, while the roughness and / or partial irregularity or additional deformation of the localized surface reduces the heat transfer effect between the layers. The importance of thermal contact between the layers may vary depending on the process operation requirements of the reactor or device. In some embodiments, the internal void between the two layers is filled by the process fluid during operation. In another embodiment, a thermally interconnection material such as a deformable solid such as graphite or a comparable interlayer or a liquid or putty or adhesive reduces the contact resistance between the two fluid layers (at least one being a press pit layer) To the press-pit layer.

몇몇 실시예에서, 어떠한 열접촉층의 개입이 요구되지 않는다. 피셔-트롭쉬 반응은 레이저 용접 서브조립체의 냉각액측과 프로세스측 파형 사이의 열접촉을 개선하기 위해 간섭층의 사용없이 본 발명의 리액터에서 테스트된다. 이러한 실행은 사실상 유사한 디자인의 모든 브레이징된 리액터로부터 측정된 것과 사실상 매칭된다.In some embodiments, no intervening thermal contact layer is required. The Fischer-Tropsch reaction is tested in the reactors of the present invention without the use of an interference layer to improve thermal contact between the coolant side of the laser welding subassembly and the process side wave form. This practice is in fact matched to what is measured from all brazed reactors of virtually similar design.

또한, 하이드로제네이션, 하이드로크랙킹, 또는 하이드로프로세싱 반응을 포함하지만 이것을 제한되지 않는 액체 및 또는 수소 중 어느 하나와 관련된 반응 또는 유닛 조작은 제1 서브조립체와 제2 유체 통로 사이의 열전도성 층을 간섭할 필요가 없다는 점을 알 수 있다. 이러한 유체는 양호한 열전도성을 갖고, 이러한 유체가 공극을 충전하는 경우 양호한 열전도성을 얻을 수 있다. 액체는 핀과 인접 열전달 면 사이의 공극으로 전달되도록 충분한 모세관 당김력을 갖는다. 또한, 오일의 표면 장력은, 피셔-트롭쉬 리액터의 경우 오일 또는 왁스의 모세관 당김력을 더 강화하는 스테인리스강보다 구리에 대해 낮아져 반응 중에 구리와 스테인리스(또는 다른 금속) 사이의 공극으로 낮아진다. 스테인리스에 대한 오일 또는 액상 왁스의 높은 표면 장력은 동일한 효과를 갖지 않을 수 있거나 액체를 공극으로 전달하기 위해 사실상 작은 갭을 필요로 할 수 있다. 구리 핀도 불규칙성을 제조하기 위해 보다 너그럽다는 것을 알 수 있다.Also, reaction or unit operations involving any of liquids and / or hydrogels, including, but not limited to, hydrocyanation, hydrocracking, or hydrotreating reactions, may interfere with the thermally conductive layer between the first subassembly and the second fluid path It is not necessary to do this. Such fluids have good thermal conductivity and good thermal conductivity can be obtained when such fluids fill the voids. The liquid has sufficient capillary pulling force to be transferred to the pores between the fin and the adjacent heat transfer surfaces. In addition, the surface tension of the oil is lowered to copper than stainless steel, which further strengthens the capillary pulling force of the oil or wax in the case of the Fischer-Tropsch reactor, and is lowered to the pore between copper and stainless steel (or other metal) during the reaction. The high surface tension of the oil or liquid wax for stainless steel may not have the same effect or may require a substantially small gap to deliver the liquid to the air. Copper pins are also more tolerant of irregularities.

산화 반응과 관련된 반응에는 열도전성 재료를 간섭시키는 것을 필요로 한다는 점을 알 수 있다. 일 실시예에서, 제2 유체 통로의 워쉬코트(washcoat) 촉매 또는 다른 보유 유체도 반응의 열전달 및 열 제어에 조력하도록 2개의 층들 사이의 공극을 충전할 때 열전도성 재료를 간섭하는 기능도 할 수 있다.It can be seen that the reactions involved in the oxidation reaction require interfering with the thermally conductive material. In one embodiment, the washcoat catalyst or other holding fluid of the second fluid path can also function to interfere with the thermally conductive material when filling the gap between the two layers to assist in the heat transfer and thermal control of the reaction. have.

스트레인 릴리프 접합부Strain relief joint

2개의 판이 함께 용접되어 이루어진 스트레인 릴리프 접합부는 코어 내에 인접층들을 접합하는 용접부에 부과된 스트레인을 저하시키기 위해 스택에 부가될 수 있다. 접합부는 조작 중에 리액터가 압축될 때 개방(팽창)되도록 설계된다. 이렇게 함으로써, 리액터 외부면에 위치된 밀봉 용접부는 변형되지 않은 상태로 유지되어 유닛의 수명을 증가시킨다.A strain relief joint made up of two plates welded together can be added to the stack to reduce the strain imposed on the weld joining adjacent layers in the core. The joint is designed to open (expand) when the reactor is compressed during operation. By doing so, the sealing welds located on the reactor exterior surface remain unmodified, increasing the life of the unit.

팽창 접합부는 전형적으로 스택이 동일한 폭과 길이를 갖는 2개의 금속판으로 구성된다. 예로써, 본 설명에서 기술한 바와 같이, 판은 스택의 다른 판의 치수에 매칭되도록 ~24"(60 cm)폭 x 24"(60 cm)길이이다. 바람직하게, 하부판은 스트레인 릴리프 접합부에서 상부판보다 얇고, 예로써 기부판(즉, 판은 스택과 동일 평면이고 이에 접촉됨)은 ~0.25"(0.625 cm) 두께 및 상부판 (외부 주요면에 인접한 판)은 약 0.04"(0.1 cm) 두께이다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 기부판은 복수의 구멍을 포함하고, 상부판은 단조롭다. 판은 서로의 상부에 위치되고 에지에서 정렬된다. 이후, 판은 레이저 용접 프로세스를 통해 용접된다. 팽창 접합판의 에지는 연속적으로 용접되지 않고, 이러한 것은 장치의 조작 중에 판의 이동을 허용한다. 바람직하게, 용접 패턴은 코너에서를 제외하고 판의 에지가 접합되지 않도록 이루어진다. 이러한 점은 리액터에 밀봉 용접부를 변형시키지 않으면서 리액터의 임의의 팽창을 달성하는 데 필요한 경우 조작 중에 에지가 분리될 수 있고 서로로부터 상이한 내부 스트림을 격리시킨다. 기부판의 구멍은 리액터로의 조립 전에 용접부가 개별적으로 누수에 대해 체크되게 한다. 팽창 접합부가 성능 테스트(qualification test)를 통과한 경우, 기부판은 표준 TIG 용접 프로세스를 사용하여 충전될 수 있다.The expanding joint typically consists of two metal plates with the same width and length. By way of example, the plates are ~ 24 "(60 cm) wide by 24" (60 cm) long to match the dimensions of the other plates of the stack, as described in this description. Preferably, the bottom plate is thinner than the top plate at the strain relief junction and the base plate (i. E., The plate is coplanar with and in contact with the stack) is ~ 0.25 " (0.625 cm) thick and the top plate Plate) is about 0.04 " (0.1 cm) thick. In some preferred embodiments, the base plate includes a plurality of holes, and the top plate is monotonous. The plates are positioned on top of each other and aligned at the edges. The plate is then welded through a laser welding process. The edges of the expansion joint plate are not continuously welded, which allows movement of the plate during operation of the apparatus. Preferably, the weld pattern is such that edges of the plate are not joined, except at the corners. This allows the edges to separate and separate the different internal streams from each other during operation if necessary to achieve any expansion of the reactor without deforming the sealing welds to the reactor. The holes in the base plate allow the welds to be individually checked for leaks prior to assembly with the reactor. If the expansion joint passes a qualification test, the base plate may be filled using a standard TIG welding process.

바람직하게, 2개의 팽창 접합 조립체는 완전한 리액터 코어에 사용되며, 하나는 코어의 상부 그리고 하나는 바닥에 사용된다. 바람직하게, 스트레인 릴리프 접합부의 하나의 판은 리액터 코어에 대해 위치되고, 모든 주변부 주위에서 냉각액 서브조립체에 용접된다.Preferably, the two expansion joint assemblies are used in a complete reactor core, one at the top of the core and one at the bottom. Preferably, one plate of the strain relief joint is positioned relative to the reactor core and welded to the coolant subassembly around all of the periphery.

조작 중에, 리액터는 압축된다. 압축은 외부 지지부의 몇몇 탄성 스트레칭의 결과이다. 스트레인 릴리프 접합부가 존재하지 않는 경우, 리액터 코어 자체의 대응 스트레치를 야기하고 그 결과 응력이 용접부에서 발생된 스트레인에 유도된다. 팽창 접합부가 존재함으로써, 탄성 스트레칭은 용접부 상의 스트레인을 경감시키는 접합부의 개구까지 진행된다. During operation, the reactor is compressed. Compression is the result of some elastic stretching of the outer support. If no strain relief joint is present, it will cause a corresponding stretch of the reactor core itself and, as a result, stress is induced in the strain generated in the weld. By the presence of the expanding joint, the elastic stretching proceeds to the opening of the joint to relieve the strain on the weld.

할로 상의 용접 선택 단계는 코어의 면 위에 돌출되는 인접 링을 형성하도록 서로 용접된 2개 이상의 부분 또는 인접 중공 사각형 또는 직사각형 금속 링으로부터 제조된다. 할로는 최종 조작 매니폴드(매크로매니폴드) 및 장치의 중간에 구조체를 생성하여, 개장 중에, 매크로매니폴드와 장치 사이의 연결부는 절결될 수 있고 연속 조작 기간 동안 재용접 또는 접합될 수 있다. 이러한 할로의 사용은 리액터 코어 내에 함유된 촉매를 제거하거나 또는 개장하기 위한 수단으로서 특별한 이점이 있다. 할로, 할로를 구비한 장치, 할로를 갖는 장치의 제조 방법 및 할로를 갖는 장치의 사용 방법은 본 발명의 부가적인 태양이다.The weld selection step on the halo is made from two or more parts or adjacent hollow squares or rectangular metal rings welded together to form an adjacent ring projecting over the face of the core. The halo creates a structure in the middle of the final operating manifold (macro manifold) and the device, so that during the refurbishment, the connection between the macro manifold and the device can be cut off and re-welded or bonded during continuous operation. The use of such halo has particular advantages as a means for removing or refining the catalyst contained within the reactor core. Halo, a device with halo, a method for producing an apparatus with halo and a method for using an apparatus with halo are additional aspects of the present invention.

Yes

예1 : 용접 조립체 - 용접 리액터 - 프레스 핏 전도성 핀Example 1: Welding Assembly - Welding Reactor - Press-fit Conductive Pin

용접 리액터는 테스트 반응으로써 피셔-트롭쉬를 사용하여 브레이즈 리액터에 상당하는 성능을 실증하기 위해 제조되어 조작된다. 리액터가 스트림 상에서 2000 시간 이상 조작되고 서브조립체에 대한 촉매 함유 프로세스 핀의 프레스-핏 접촉이 리액터 성능에 충분하다고 나타나고, 동일한 디자인의 브레이즈 리액터로부터의 성능에 매칭된다.Welding reactors are fabricated and operated to demonstrate performance equivalent to a braze reactor using Fischer-Tropsch as a test reaction. The reactor is operated on the stream for over 2000 hours and the press-fit contact of the catalyst containing process fin to the subassembly appears to be sufficient for reactor performance and is matched to the performance from the same design of the braze reactor.

장치 설명Device Description

2개 층의 피셔 트롭쉬 전 용접 장치는 본 발명의 제조 프로세스를 실증하기 위해 설계되고 제조된다. 다채널 마이크로리액터 디자인은 3개의 냉각액 반복 유닛들 사이에 개재된 2개의 프르세스 반복 유닛으로 구성된다. 냉각액 채널은 프로세스 채널에 대해 크로스 유동 방향성을 갖는다.A two-layer Fischer-Tropsch pre-welding apparatus is designed and manufactured to demonstrate the manufacturing process of the present invention. The multi-channel microreactor design consists of two friction repeat units interposed between the three coolant repeat units. The coolant channel has a cross flow direction for the process channel.

프로세스 채널은 7.62 cm(3 인치) 폭 및 0.635 cm(0.256 인치)이고 15.75 cm(6.2 인치)의 구리 파형으로 생성된다. 파형의 두께는 0.015 cm(0.006 인치)이다. 최종 장치는 2개의 층에서 274개의 프로세스를 갖는다. 이들 채널들 각각은 0.095 cm(0.0372 인치)의 폭, 0.635 cm(0.25 인치)의 높이 및 7.62 cm(3 인치)의 길이의 평균 치수를 갖는다. 핀은 우수한 열접촉을 보장하도록 인접 에지 스트립의 정상 치수로부터 0.006"(0.015 cm)만큼 크다.The process channel is produced with a copper waveform of 3.75 cm (3 inches) wide and 0.635 cm (0.256 inches) and 15.75 cm (6.2 inches). The thickness of the waveform is 0.015 cm (0.006 inches). The final device has 274 processes in two layers. Each of these channels has an average dimension of 0.0372 inches wide, 0.25 inches high, and 3 inches long. The pins are as large as 0.006 " (0.015 cm) from the normal dimensions of the adjacent edge strips to ensure good thermal contact.

장치의 냉각액 채널은, 1000 미크론 바닥 채널판을 통해 파손하지 않고 통과하는 500 미크론 상부판을 통한 50과 150 미크론들 사이의 용접부 두께를 갖는 Yb파이버 레이저(IPG 모델 YLR-600-SM: 600-와트 리테르븀 파이버 레이저, 1.07 미크론 파장)으로 상부판에 접합된 레이저 용접 서브조립체로 구성된다. 서브조립체는 열전달 유체용 유동 채널을 갖는 채널 심에 수반되는 상부 또는 커버 시트 또는 벽을 포함하는 2개의 심으로부터 생성된다. 이들 냉각액 서브조립체는 ~3" L x ~10" W x ~2.7" H(8 cm x 25 cm x 7 cm) 장치에 적층되고, 융합 및 필렛 용접으로 주변부에 밀봉된다.The coolant channel of the device is a Yb fiber laser (IPG Model YLR-600-SM: 600-watt) with a weld thickness between 50 and 150 microns through a 500 micron top plate that passes undamaged through a 1000 micron bottom channel plate A laser welding subassembly bonded to the top plate with a laser, a terrestrial fiber laser, a 1.07 micron wavelength). The subassembly is produced from two shims comprising an upper or cover sheet or wall that is accompanied by a channel shim having flow channels for the heat transfer fluid. These coolant subassemblies are laminated to a ~ 3 "L x 10" W x 2.7 "H (8 cm x 25 cm x 7 cm) device and sealed to the periphery by fusion and fillet welding.

코어 구성요소의 용접 후, 장치는 옥스포드 캐털리스츠, 리미티드(Oxford Catalysts, Limied)로부터 얻어지는 66.5 그램의 고활성 코발트 촉매와, 아틸란틱 이큅먼트 엔지니어(Atlantic Equipment Engineer)에 의해 공급되는 120 그릿 재료를 공급원으로하는 실리콘 카바이드로 세척되고 로딩된다.After welding of the core component, the apparatus was equipped with 66.5 grams of a highly active cobalt catalyst from Oxford Catalysts, Limied, 120 grit material supplied by an Atlantic Equipment Engineer Lt; RTI ID = 0.0 > silicon carbide < / RTI >

최종 제조 단계는 (매크로스케일 즉, 큰 파이핑에의 외부 연결용 냉각액 및 프로세스 채널을 위한) 헤더 및 풋터 용접과 지지부 용접으로 구성된다. 지지부 용접은 압력 억제 시스템(PCS)에 대한 필요성없이 안전하게 장치가 조작할 수 있게 하는 디자인에 대한 구조적 필요성이 있다.The final fabrication step consists of header and footer welding and support welding (macro scale, ie for cooling liquid and process channels for external connection to large piping). Support welds have a structural need for designs that allow the device to be operated safely without the need for a pressure suppression system (PCS).

코어 구성요소 제조Core Component Manufacturing

전 용접 리액터는 구리 파형 및 2개의 스테인리스강 에지 스트립을 갖는 2개의 프로세스층을 포함한다. 3개의 냉각액층은 프로세스층과 상호배치되고 스테인리스강 상부판 또는 벽과 스테인리스강 채널 심을 함께 용접하는 레이저를 통해 서브조립체로서 제조된다. 벽 심은 0.020"(0.05 cm) 두께 스톡(stock) SS 시트 재료로부터 크기가 절단된다. 냉각액 심은 비직선 섹션용 0.015"(0.0375 cm) 깊이 x 0.017"(0.0425 cm)폭과 직선 채널용 0.040"(0.1 cm) 리브를 갖는 0.020"(0.05 cm) 깊이 x 0.100"(0.25 cm) 폭 채널을 생성하고 0.0040"(0.1 cm) 두께 SS 시트의 부분 PCM(포토 케미컬 기계가공)을 통해 형성된 비직선 및 직선 채널 특성을 갖는다. 비직선 섹션은 22 턴으로 파상 또는 뱀 패턴으로 제조된다. 레이저 용접은 각각의 리브 상에 이루어지고, 심의 전체 길이는 외부로부터 채널을 밀봉하도록 최외측 채널 및 주변부 사이 그리고 채널들 사이에 밀봉부를 생성한다. 이후, 서브조립체는 누수 체크된다. 장치의 조립 전에 식별 및 누수의 수리가 허용된 누수 체크 서브조립체의 성능을 갖고, 손상된 장치의 조립을 피한다. 서브조립체와 같이 예비 조립된 냉각액층을 갖는 다른 이점은 적어도 약20%만큼 조립체에 스택하기 위한 부분의 저감이다.The pre-welded reactor comprises two process layers with a copper corrugation and two stainless steel edge strips. The three coolant layers are fabricated as subassemblies that are interleaved with the process layer and are laser welded together with a stainless steel top plate or wall and a stainless steel channel shim. Wall shims are cut from 0.020 "(0.05 cm) thick stock SS sheet material The coolant shims are 0.015" (0.0375 cm) deep x 0.017 "(0.0425 cm) wide for non-straight section and 0.040" Non-straight and straight lines formed through partial PCM (photo-chemical machining) of 0.0040 "(0.1 cm) thick SS sheets to produce 0.020" (0.05 cm) depth x 0.100 " The non-straight section is made in a wavy or serpentine pattern with 22 turns Laser welding is done on each rib and the overall length of the shim is between the outermost channel and the periphery to seal the channel from the outside, The subassembly is then checked for leaks. The performance of the leak check subassembly allowed for identification and repair of leaks prior to assembly of the device is avoided and the assembly of the damaged device is avoided. As with the subassembly, preassembly Another benefit of having a layer of coolant liquid is the reduction of the portion for stacking into the assembly by at least about 20%.

프로세스측에 대한 에지 스트립은 표준 재료 두께(정상적으로 0.250" 두께)(0.625 cm)로부터 제조되고, 단지 길이 및 폭을 절단하고 에지를 모따기하는 최소의 기계가공이 요구된다. 구리 파형은 표준 핀 형성 프로세스로부터 제조되고, 얇은 코일은 반복 핀 구조체를 생성하도록 규칙적으로 절곡된다. 핀은 0.256"(0.64 cm) 높이로 이루어진다. 단부판은 양호한 길이, 폭 및 모따기를 달성하기 위해 최소의 기계가공이 요구된다. 브레이즈 장치에 결합되는 긴밀한 두께의 허용오차가 모든 부분에서 필요하지 않으므로 스톡 재료가 사용될 수 있다.Edge strips to the process side are fabricated from standard material thicknesses (normally 0.250 " thick) (0.625 cm) and require minimal machining to cut only the length and width and chamfer the edges. , And the thin coil is regularly bent to produce a repeating pin structure. The fin is 0.256 " (0.64 cm) high. The end plates require minimal machining to achieve good length, width and chamfer. A stock material may be used since a tight thickness tolerance coupled to the brazing device is not required in all parts.

예1의 장치 조립체The device assembly of Example 1

장치의 코어(즉, 2개의 단부판들 사이에 개재된 프로세스 및 냉각액층)는 상호배치된 프로세스 및 냉각액층을 생성하도록 구성요소를 적층함으로써 생성된다. 프로세스층의 개수는 FT 제품의 양호한 수용량에 의해 결정되지만, 냉각액층의 개수는 프로세스층이 양 측면 상에 냉각액층을 갖도록 프로세스층의 개수보다 하나 이상이다. 적층 프로세스 중에, 고정구는 부분들을 정렬하고 조립체 전체에 걸쳐 그리고 초기 용접단계에서 이러한 정렬을 유지하는 데 요구된다. 클램프 고정구는 스택에 플랫폼을 생성하고 용접 단계로 전달용 스택 코어를 고정시키기 위해 설계된다. 클램프 고정구는 긴 플러스 사인 형상의 2개의 판으로 구성된다. 각각이 1/2"(1.25 cm)의 모든 나사식 로드를 고정시키기 위한 4개의 슬롯을 갖는다. 지지판은 바닥측면 상의 너트 및 모든 나사식 단부용 룸(room)을 생성하기 위해 바닥 클램프 아래에 놓여진다. 프로세스면의 정렬을 위해, 4개의 직선 에지가 c-클램프를 갖는 클램프 고정구의 어느 한 측면 상에서 제 위치에 유지된다. 5번째 직선 에지는 2개의 냉각액면 중 하나에 정렬되는 데 사용된다.The core of the device (i.e., the process and the coolant layer interposed between the two end plates) is created by laminating the components to produce an interposed process and a coolant layer. The number of process layers is determined by the good capacity of the FT product, but the number of coolant layers is at least one more than the number of process layers so that the process layer has a coolant layer on both sides. During the lamination process, the fasteners are required to align the parts and to maintain this alignment throughout the assembly and in the initial welding step. The clamp fixture is designed to create a platform in the stack and to secure the transfer stack core to the welding stage. The clamp fixture is composed of two plates of a long plus sine shape. Each has four slots for fixing all the screw rods of 1/2 "(1.25 cm). The support plate is placed under the floor clamp to create a room for the nut on the bottom side and all threaded end For alignment of the process surface, four straight edges are held in place on either side of the clamp fixture with the c-clamp. The fifth straight edge is used to align to one of the two cooling liquid surfaces.

적층 및 정렬 고정구 셋업으로 인해, 제1 단계는 클램핑 고정구 상에 단부판을 위치시키고 프로세스면 직선 에지들 사이에 중심설정하는 것이다. 냉각액면 직선 에지는 이후 제1 층을 적층하기 전에 제 위치에 끼워진다. 적층된 제1 층은 냉각액 조립체이다. 프로세스층은 2개의 냉각액층들 사이에 배치된다. 서브조립체는 단부판 상에 하강되어 냉각액면 직선 에지에 대항하는 위치로 활주되고 단부판 상의 모딴 면들 사이에 중심 설정된다.(도 6) 정렬이 만족되면, 제1 프로세스층이 냉각액 서브조립체의 상부에 적층된다. 이 단계에서, 에지 스트립은 냉각액면과 동일 높이가 된다. 융합 용접을 위해, 이것은 에지 스트림과 냉각액 서브조립체 사이 및 에지 스트립과 단부판 사이의 인터페이스를 밀봉한다. 제1 에지 스트립은 파형의 위치에 후속하는 냉각액 직선 에지와 동일 높이로 배치되고 이후 제2 에지 스트립과 동일 높이에 위치된다. 파형은 냉각액 제1 에지 스트립에 대해 긴밀하게 위치되고 냉각액 서브조립체 상에 중심설정된다. 제2 에지 스트립은 파형에 대해 긴밀하게 위치되고 다른 냉각액면과의 정렬이 체크된다. 양 냉각액면 상의 에지 스트립이 인접층의 +/- 0.010"(0.025 cm)이면, 정렬이 수용가능하다. 이러한 냉각액 서브조립체와 프로세스층의 적층 프로세스는 1회 이상 반복되고 이후 다른 냉각액 조립체에 대해 이루어진다. 전체 스택은 2개의 프로세스층과 3개의 냉각액층으로 구성된다. 스택에 위치되는 최후 코어 구성요소는 상부 단부판이다. 상부 단부판은 모든 4개의 프로세스측 직선 에지와 냉각액면 직선 에지와 동일 높이로 위치된다.Due to the stacking and alignment fixture setup, the first step is to position the end plate on the clamping fixture and center it between the process surface straight edges. The coolant surface straight edge is then fitted in place before the first layer is laminated. The stacked first layer is a cooling fluid assembly. The process layer is disposed between the two coolant layers. The subassembly is lowered onto the end plate and is slid to a position against the straight edge of the cooling liquid surface and centered between the raised surfaces on the end plate (Figure 6). Once the alignment is satisfied, Respectively. At this stage, the edge strip is flush with the cooling liquid surface. For fusion welding, this seals the interface between the edge stream and the coolant subassembly and between the edge strip and the end plate. The first edge strip is disposed at the same height as the coolant straight edge following the location of the corrugations and then positioned flush with the second edge strip. The corrugations are positioned closely to the coolant first edge strip and centered on the coolant subassembly. The second edge strip is positioned closely to the waveform and the alignment with the other cooling liquid surface is checked. Alignment is acceptable if the edge strips on both coolant surfaces are +/- 0.010 "(0.025 cm) of the adjacent layer. The process of laminating this coolant subassembly and process layer is repeated one or more times and then on another coolant assembly The last end core plate is located on the upper end plate and has the same height as all four process side linear edges and the cooling liquid surface straight edge, .

코어 용접을 완전하게 하기 위한 2개의 용접 단계가 있다. 제1 용접 단계는 2"(5 cm) 폭 에지 스트립을 따라 필렛 용접을 이루는 것이다. 필렛 용접으로 충전된 각각의 프로세스면에는 6개의 V홈이 있다. 클램프 고정구 상의 만곡된 절결 영역은 이러한 용접 단계를 완전하게 하기 위해 이러한 V홈에 어세스되는 것이 허용된다. 초기 필렛 용접부는 손상을 피하기 위해 파형에 가장 가까운 에지 스트립 단부의 쇼트를 정지하도록 설계된다. 이후 필렛 용접은 촉매 보유 조립체와 매칭되도록 에지 스트립의 내측 에지에 충전된다. 이러한 필렛 용접의 전후 사진을 도 7에 도시한다. 이러한 필렛 용접이 완료되면, 클램핑 고정구는 다음 용접 단계를 위해 냉각액면에 접근하는 것을 허용하도록 제거된다. 각각의 냉각액면 상에는 3개의 냉각액 서브조립체가 있고, 6개의 시임(각각의 조립체 위 아래에 하나의 심이 있음)은 각각 면의 전체 길이의 융합 용접부를 갖는다. 이후, 코어는 촉매 로딩을 위해 세정 및 준비를 위해 대기된다.There are two welding steps to complete the core welding. The first welding step is to form fillet welds along the 2 " (5 cm) wide edge strips. There are six V-grooves in each process face filled with fillet welding. The initial fillet weld is designed to stop the short of the end of the edge strip closest to the corrugation to avoid damage. The fillet weld is then applied to the edge of the edge to match the catalyst retention assembly, The front and rear views of this fillet weld are shown in Figure 7. Upon completion of this fillet weld, the clamping fixture is removed to allow it to approach the cooling fluid surface for the next welding step. There are three coolant subassemblies on the liquid surface, six seams (one core above and below each assembly) ) Each have a fused weld at the full length of the face. The core is then awaited for cleaning and preparation for catalyst loading.

세정 및 촉매 로딩Cleaning and Catalyst Loading

촉매 로딩 전에, 장치의 프로세스측은 세정되고 촉매 보유 조립체는 제 위치에 용접된다.Prior to catalyst loading, the process side of the apparatus is cleaned and the catalyst retention assembly is welded in place.

촉매 로딩 전에, 촉매 보유 조립체는 촉매를 보유하기 위해 하나의 프로세스면 상에서 제위치에 삽입되어 용접되며, 코어는 수직 위치로 지향된다. 촉매 보유 조립체는 4개의 부분, 스크린, 스크린 보유 링, 포움 및 포움 보유 링으로 구성된다. 스크린은 장치에서 촉매를 보유하는 기능을 한다. 스크린 보유 링은 스크린을 제 위치에서 프로세스면에 대해 긴밀하게 보유하는 얇은 SS 프레임이다. 스크린 보유 링의 주변부 주위의 작은 용접은 스크린을 제 위치에 고정시키고 장치 내에서 양호한 촉매 보유를 보장한다. 또한, 에지 스트립 상의 필렛 용접은 보다 양호한 촉매 보유를 제공하도록 에지 스트립의 내측 에지에 적용된다. 알루미늄 차폐판이 스크린 보유 링의 주변부 용접 중에 구리 파형을 보호하는 데 사용될 수 있다.Prior to catalyst loading, the catalyst retention assembly is inserted and welded in place on one process surface to retain the catalyst, and the core is oriented in a vertical position. The catalyst retention assembly consists of four parts, a screen, a screen retaining ring, a foam and a foam retaining ring. The screen serves to retain the catalyst in the apparatus. The screen retention ring is a thin SS frame that holds the screen tightly against the process surface in situ. Small welding around the periphery of the screen retention ring secures the screen in place and ensures good catalyst retention in the apparatus. Fillet welding on edge strips is also applied to the inner edge of the edge strip to provide better catalyst retention. An aluminum shielding plate may be used to protect the copper waveform during peripheral welding of the screen retaining ring.

촉매 보유 조립체가 하나의 프로세스면에서 제 위치에 있음으로써, 촉매 로딩이 수행된다. 로딩은 4단계의 프로세스이다. 4개의 단부 채널(각각의 프로세스층에서 각각의 단부에 1개)은 부분 핀을 갖고 스크린 보유 링에 의해 차단되어 활동하지 않는 채널로 고려된다. 이러한 채널은 제1 로딩 단계에서 촉매와 거의 동일한 입자 크기의 불활성 재료, 실리콘 카바이드(SiC)에 의해 완벽하게 충전된다. 나머지 채널은 3개층: 프로세스 입구에서 ~0.665"(1.6625 cm) SiC, ~1.5" FT(3.75 cm) 촉매 베드 및 프로세스 출구에서 ~0.75"(1.875 cm) SiC로 로딩된다. 3개의 층들 각각의 깊이를 달성하기 위해, 재료는 로딩된 재료를 치밀화하기 위해 러버 말렛(rubber mallet)으로 장치(단부판)의 측면을 파운딩하는 것에 의해 소량의 증분으로 장치에 로딩된다. 각각의 증분식 로드 및 치밀화 후, 게이지 높이 핀은 모든 채널의 깊이를 측정하는 데 사용된다. 이러한 프로세스가 임의의 주어진 층에 대해 완료될 때, 재료는 가능한 한 PABD(재료의 제 위치에서 아닌 곳에서 측정된 패킹된 평균 베드 밀도)에 근접하게 얻어지도록 초음파에 의해 더욱 치밀화된다. 상부층이 치밀화 후 에지 스트립과 동일한 높이로 남겨질 때 로딩이 완료된다. 촉매는 초음파에 의해 더욱 치밀화되지 않은 경우, 촉매 베드는 충분하게 치밀화된 것으로 고려된다. 모든 3개의 층(SiC의 2개층, 촉매 1개층)이 로딩됨에 따라, 촉매 보유 조립체가 설치되고 다른 프로세스면에 대해 앞서 설명한 바와 같은 동일한 절차를 사용하여 장치의 개방 프로세스면에 용접된다.Catalyst loading is performed by having the catalyst retention assembly in place in one process plane. Loading is a four-step process. The four end channels (one at each end in each process layer) are considered as inactive channels because they have partial pins and are blocked by the screen retaining ring. This channel is completely filled with an inert material, silicon carbide (SiC), of approximately the same particle size as the catalyst in the first loading step. The remaining channels are loaded with ~ 0.665 "(1.6625 cm) SiC, ~ 1.5" FT (3.75 cm) catalyst bed at process inlet and ~ 0.75 "(1.875 cm) SiC at process outlet. Depth of each of the three layers The material is loaded into the apparatus in small increments by laying the side of the apparatus (end plate) with a rubber mallet to densify the loaded material. Each incremental rod and after densification , The gauge height pin is used to measure the depth of all channels. When such a process is completed for any given layer, the material should be as close to the PABD as possible (the packed average bed density The loading is completed when the top layer is left at the same height as the edge strip after densification. The catalyst is removed by ultrasound, As all three layers (two layers of SiC, one layer of catalyst) are loaded, the catalyst retention assembly is installed and the same procedure as described above for the other process surfaces is used And welded to the open process surface of the apparatus.

예1에 대한 최종 용접Final Welding for Example 1

3개의 최종 용접 단계가 장치 제로 즉, 프로세스 매니폴드, 냉각액 매니폴드 및 지지부 판의 부착을 완료한다. 브레이즈 장치와 달리, 전체적으로 밀봉되는 전 용접 FT 장치에 대한 내부 구성요소만이 냉각액 서브조립체이다. 나머지 구성요소(파형, 에지 스트립 및 단부판)은 모두 주변부에 구성요소를 인접시키도록 부착된다. 지지판은 조작 중에 큰 차압 하에서 완전체를 유지하기 위한 장치용 필수적인 구조적 지지부를 제공한다. 또한, 지지판은 브레이즈 장치에 사용된 압력 억제 쉘(PCS)을 대체하는 기능을 한다. 2개의 출구가 증기와 액체 물을 별도로 제거하기 위해 냉각액를 위해 사용된다.The three final welding steps complete the installation of the process manifold, the coolant manifold and the support plate. Unlike the brazing device, only the internal components for the totally sealed front welded FT device are the coolant subassemblies. The remaining components (corrugations, edge strips and end plates) are all adhered to adjoining components at the periphery. The support plate provides the necessary structural support for the device to maintain integrity under large differential pressure during operation. In addition, the backing plate serves to replace the pressure restraining shell (PCS) used in the brazing device. Two outlets are used for the coolant to remove steam and liquid water separately.

프로세스 매니폴드는 스테인리스강 304L로 제조되고, 대략 9.1"(22.75 cm)길이 x 2.7"(6.75 cm)폭 x 1.9"(4.75 cm)깊이이다. 대략 8.1" x 1.7" x 1.2"(20.25 cm x 4.25 cm x 3.00 cm)의 치수를 갖는 내부 포킷은 프로세스 파형 개구를 전체적으로 캡슐화하고 촉매 보유 메커니즘에 지지부를 제공한다. 매니폴드는 전통적인 TIG 용접 프로세스를 사용하여 코어의 주변부 주위에 용접된다. 일인치 직경 튜브가 양 프로세스 매니폴드의 중심으로부터 연장되어 프로세스 가스를 코어로 도입 및 배출하게 한다. 매니폴드는 조작 중에 프로세스를 지지하기 위해 대략 0.5"(1.25 cm)의 최소 벽두께로 설계된다.(도 8 참조)The process manifold is made of stainless steel 304L and is approximately 9.1 "(2275 cm) long by 2.7" (6.75 cm) wide by 1.9 "(4.75 cm) deep. Approximately 8.1" x 1.7 "x 1.2" 4.25 cm x 3.00 cm) encapsulates the process waveform opening as a whole and provides a support for the catalyst retention mechanism. The manifold is welded around the perimeter of the core using a conventional TIG welding process. A one inch diameter tube extends from the center of both process manifolds to allow process gas to enter and exit the core. The manifold is designed with a minimum wall thickness of approximately 0.5 "(1.25 cm) to support the process during operation (see FIG. 8).

냉각액 입구 매니폴드는 스테인리스강 304L로 제조되고, 대략 5.6"(14 cm)길이 x 2.7"(6.75 cm)폭 x 1.7"(4.25 cm)깊이이다. 대략 4.8" x 1.9" x 1.3"(12 cm x 4.75 cm x 3.25 cm)의 치수를 갖는 내부 포킷은 냉각액 입구 채널을 전체적으로 캡슐화하고 냉각액 입구면 위로 냉각액를 균일하게 분산시키도록 설계된다. 매니폴드는 전통적인 TIG 용접 프로세스를 사용하여 주변부 주위에 용접된다. 일인치 직경 튜브는, 냉각액가 코어로 진입하는 것을 허용하도록 매니폴드로부터 연장된다. 매니폴드는 조작 중에 냉각액 압력을 지지하기 위해 대략 0.38"(0.95 cm)의 최소 벽두께로 설계된다.The coolant inlet manifold is made of stainless steel 304L and is approximately 5.6 "(14 cm) long by 2.7" (6.75 cm) wide by 1.7 "(4.25 cm) deep. Approximately 4.8" x 1.9 "x 1.3" x 4.75 cm x 3.25 cm) is designed to encapsulate the coolant inlet channel as a whole and uniformly distribute the coolant over the coolant inlet surface. The manifold is welded around the perimeter using a conventional TIG welding process. One inch diameter tube extends from the manifold to allow the coolant to enter the core. The manifold is designed with a minimum wall thickness of approximately 0.38 "(0.95 cm) to support the coolant pressure during operation.

냉각액 출구 매니폴드는 스테인리스강 304L로 제조되고, 대략 5.6"(14 cm)길이 x 2.7"(6.75 cm)폭 x 4.4"(11 cm)깊이이다. 대략 4.8" x 1.9" x 4.0"(12 cm x 4.75 cm x 10 cm)의 치수를 갖는 내부 포킷은 냉각액 출구 채널을 전체적으로 캡슐화하고 냉각액이 방해없이 리액터 코어를 빠져나오도록 설계된다. 매니폴드는 전통적인 TIG 용접 프로세스를 사용하여 주변부 주위에 용접된다. 2개의 1"(2.5 cm)직경 튜브는 대향측면으로부터 매니폴드로부터 연장된다. 상부 튜브는 스팀 증기가 빠져나오게 하고, 바닥 튜브는 액체 물이 빠져나오게 한다. 매니폴드는 조작 중에 냉각액 압력을 지지하기 위해 대략 0.38"(0.95 cm)의 최소 벽두께로 설계된다.The coolant outlet manifold is made of stainless steel 304L and is approximately 5.6 "(14 cm) long by 2.7" (6.75 cm) wide by 4.4 "(11 cm) deep. Approximately 4.8" x 1.9 "x 4.0" x 4.75 cm x 10 cm) is designed to encapsulate the coolant outlet channel as a whole and to allow the coolant to exit the reactor core without interference. The manifold is welded around the perimeter using a conventional TIG welding process. Two 1 " (2.5 cm) diameter tubes extend from the manifolds from opposite sides. The upper tube allows steam to escape, and the bottom tube allows liquid water to escape. Lt; RTI ID = 0.0 > 0.38 " (0.95 cm). ≪ / RTI >

2개의 냉각액 매니폴드는 고체 금속 코어 단부판 및 프로세스 매니폴드로 지향되어 용접된다. 이렇게 함으로써, 코어 용접은 전체적으로 프로세스 및 냉각액 매니폴드의 파라미터 내에 캡슐화되고 따라서 리액터의 외부면에 직접 노출되지 않는다(도 9 참조)The two coolant manifolds are directed to and welded to the solid metal core end plate and the process manifold. By doing so, the core weld is encapsulated entirely within the parameters of the process and coolant manifolds and is thus not directly exposed to the outer surface of the reactor (see Figure 9)

이후, 지지부(외골격)이 전통적인 TIG 용접 프로세스를 사용하여 부가된다. 수직(프로세스 유동) 방향으로 리액터를 감싸는 4세트의 지지부가 있고, 냉각액 출구 매니폴드 위로 수평으로 연장되는 하나의 부가 세트가 있다. 수직 지지부의 각각의 세트는 8.8"(22 cm)길이 x 3.3"(8.25 cm)높이 x 0.25"(0.625 cm)두께의 대략적인 전체 치수를 갖는 스테인리스강 304L의 2개의 동일한 피스로 구성된다. 지지부의 각각의 세트는, 3개의 단부가 접촉하고 주변부 주위에서 리액터에 봉합 용접되는 지점에서 함께 용접된다. 4 세트의 지지부는 대략 2"(5 cm)만큼 서로로부터 이격되고, 제1 세트는 냉각액 입구 매니폴드의 에지로부터 대략 2.7"(6.75 cm)에 위치된다. 반면, 4개의 수직 세트의 지지부는 리액터 코어 및 프로세스 매니폴드를 지지하기 위해 제공되고, 수평 세트는 큰 냉각액 출구 매니폴드에 부가적인 지지부를 제공한다. 2개의 수평 지지부는 스테인리스강 304L로 구성되고 대략 5.4"(13.5 cm)길이 x 2'(60 cm)높이 x 0.25"(0.625 cm)두께이다. 이들은 냉각액 출구 매니폴드의 어느 하나의 측에 중심설정되고, 최외측 수직 지지부 및 코어의 단부판 그리고 매니폴드에 용접된다.The support (exoskeleton) is then added using a conventional TIG welding process. There are four sets of supports surrounding the reactor in the vertical (process flow) direction and one additional set extending horizontally over the coolant outlet manifold. Each set of vertical supports consists of two identical pieces of stainless steel 304L having an approximate overall dimension of 8.8 " (22 cm) length x 3.3 " (8.25 cm) height x 0.25 " (0.625 cm) Each set of supports is welded together at a point where the three ends are in contact and sewn to the reactor around the periphery. The four sets of supports are spaced from each other by about 2 " (5 cm) (6.75 cm) from the edge of the manifold, while four vertical sets of supports are provided to support the reactor core and the process manifold, and the horizontal set is provided with additional support for the large coolant outlet manifold The two horizontal supports are made of stainless steel 304L and are approximately 5.4 "(13.5 cm) long x 2 '(60 cm) high x 0.25" (0.625 cm) thick. They are either one of the coolant outlet manifolds Center on the side And, it is welded to the end plates, and manifolds of the outermost vertical support and the core.

예1에 대한 실험 셋업Experimental Setup for Example 1

프로세스측Process side

베드 리액터에 고정된 피셔-트롭쉬 복합 마이크로채널에 공급되는 합성 가스(syngas)의 유동 및 조성은 브룩(Brook) 유량 제어기를 사용하여 개별 가스(일산화탄소, 수소 및 질소)의 유량을 설정함으로써 제어된다. 가스는 임의의 불순물을 제거하도록 활성 탄소 및 분자체 13X 트랩을 통해 공급된다. 이러한 공급은 리액터에 진입하기 전 스테인리스강 마이크로채널 열 교환기에서 예열된다. 리액터는 캄-쉘(calm-shell) 3000W 왓트로우(Watlow) 가열기에 둘러싸여져 열손실을 최소화하도록 격리된다. 조작 데이터는 압력 변환기 및 316SS 시스(sheath) k-타입 열전쌍을 사용하여 측정된다.The flow and composition of the syngas fed to the Fischer-Tropsch composite microchannel fixed to the bed reactor is controlled by setting the flow rate of the individual gases (carbon monoxide, hydrogen and nitrogen) using a Brook flow controller . The gas is supplied via activated carbon and molecular sieve 13X traps to remove any impurities. This feed is preheated in a stainless steel microchannel heat exchanger before entering the reactor. The reactor is enclosed in a calm-shell 3000 W Watlow heater to isolate it to minimize heat loss. The manipulation data is measured using a pressure transducer and a 316SS sheath k-type thermocouple.

프로덕트 스트림은 상승된 압력에서 3개의 수집 용기를 통해 보내어지고, 액상으로 무거운 탄화수소 생성물로부터 가벼운 대략의 격리를 제공하도록 스테이지에서 냉각된다. 제1 생성물 탱크(~100 ℃에서 유지) 및 제2 탱크(대기 온도 ~ 25 ℃에서 유지)는 대부분의 생성물을 수집한다. 액상이고 무거운 탄화수소(wax) 생성물은 첫번째 탱크에 수집되고 액상이고 깨끗한 액체 탄화수소는 두번째 탱크에 수집된다. 세번째 탱크로부터 폐가스는 배기된다. The product stream is sent through three collection vessels at elevated pressures and is cooled in the stage to provide a mildly substantial isolation from the heavy hydrocarbon product in liquid phase. The first product tank (maintained at ~ 100 ° C) and the second tank (held at ambient temperature ~ 25 ° C) collect most of the product. Liquid and heavy hydrocarbon (wax) products are collected in the first tank, liquid and clean liquid hydrocarbons are collected in the second tank. The waste gas from the third tank is evacuated.

생성물 가스 샘플은 리액터로부터 바로 하류 그리고 제1 생성물 수집 탱크로부터 바로 상류에 위치된 샘플 포트를 통해 수집되고 2개의 컬럼 분사체 5A 및 플롯(Plot)Q를 갖는 아길렌트(Agilent) M200H 마니크로가스를 사용하여 분석된다.The product gas sample was collected via a sample port located immediately downstream from the reactor and immediately upstream from the first product collection tank and was loaded with Agilent M200H mannitol gas having two columnar bodies 5A and Plot Q ≪ / RTI >

냉각액측Coolant side

20gal(76L) 탄소강 탱크가 냉각액을 저장하는 데 사용된다. 수직 화학은 OS5300 및 옵티스퍼스(Optisperse) AP302의 첨가로 유지된다. 탱크는 스팀 루프 압력을 유지하기 위해 질소로 가압된다. 캣 펌프(Cat Pump)(모델 231.3000)이 냉각 회로를 통해 물을 펌핑하는 데 사용된다. 애플톤(Appleton) FLSC-62A 유량계가 냉각액 유동을 측정하고 제어하는 데 사용된다. 공급수는 리액터로 진입하기 전에 25 cm, 5 미크론 미립자 필터 뱅크 및 60 미크론 스와겔록(Swagelok) 필터를 통과한다. 리액터 스팀 출구는 냉각액 압력을 제어하기 위한 질소 공급원에 연결되고, (냉각액 풋터에서 분리된) 물은 시스템에서 적절한 수위를 유지하는 데 사용되는 2리터 스테인리스강 스와겔록 용기로 유동한다.A 20gal (76L) carbon steel tank is used to store the coolant. Vertical chemistry is maintained with the addition of OS5300 and Optisperse AP302. The tank is pressurized with nitrogen to maintain the steam loop pressure. Cat Pump (Model 231.3000) is used to pump water through the cooling circuit. The Appleton FLSC-62A flowmeter is used to measure and control coolant flow. Feed water passes through a 25 cm, 5 micron particulate filter bank and a 60 micron Swagelok filter before entering the reactor. The reactor steam outlet is connected to a nitrogen source to control the coolant pressure, and the water (separated from the coolant foot) flows into the 2 liter stainless steel and gelock vessel used to maintain the appropriate level in the system.

성능 데이터Performance data

본 발명의 전 용접 리액터는 ~2150 시간 동안 압력 억제 쉘없이 조작된다. 리액터는 이러한 고압 반응을 위한 압력 지지부를 제공하도록 외부에 용접된 외골격을 갖는다.The pre-welded reactors of the present invention are operated for ~ 2150 hours without a pressure-relief shell. The reactor has an externally welded exoskeleton to provide a pressure support for this high pressure reaction.

리액터는 열 폭주(thermal runaway)(프로세스측에서 약 70 밀리초 접촉 시간) 지점에 증가식으로 엄격한 조작 조건에서 작동된다. 열 폭주 후, 리액터는 촉매에의 손상 범위를 측정하도록 재생된다. 재생 후, 촉매는 초기 활성도의 거의 50%로 회복된다.The reactor is operated in increasingly stringent operating conditions at a point of thermal runaway (about 70 millisecond contact time on the process side). After thermal runaway, the reactor is regenerated to measure the extent of damage to the catalyst. After regeneration, the catalyst is restored to nearly 50% of its initial activity.

스타트-업 및 실증 테스트Start-up and demonstration testing

리액터의 스타트업은 다음과 같이 이루어진다. 촉매 활성화가 완료된 후, 리액터는 대기 온도로 냉각되고 이후 350 psig(2413 kPa)까지 가압된다. 냉각수는 목표 유량으로 냉각액 루프로 도입되고, 리액터는 ~ 170 ℃의 합성 가스 도입 온도로 가열된다. 이후 단계에서 합성 가스 유동이 개시되고 리액터는 목표 조작 온도까지 가열된다.The start-up of the reactor is as follows. After the catalyst activation is complete, the reactor is cooled to ambient temperature and then pressurized to 350 psig (2413 kPa). The coolant is introduced into the coolant loop at the target flow rate and the reactor is heated to a synthesis gas inlet temperature of ~ 170 ° C. At a later stage, syngas flow is initiated and the reactor is heated to the target operating temperature.

스타트업의 종료 시, 리액터는 H2:CO=2.0, P=350psig(2413 kPa), ~16.8% 희석, CT ~ 290 ms의 조건을 얻는다. 열전쌍의 2개의 열은 촉매 베드의 시작점으로부터 대략 1.17 cm(0.46 in) 및 3.2 cm(1.26 in) (리액터 입구로부터3.20 cm 및 5.23 cm)에서의 외부 리액터 표면에 용접된 택이다. 본 발명의 전 용접식 마이크로채널 리액터는 완전한 등온 리액터 조작을 발생시키지 않지만 측정된 온도 구배는 약 5℃보다 적다. 또한, FT 촉매에 대한 내부 구배는 측정되지 않고 리액터 벽에서 측정된 측정 열 구배보다 클 것으로 예상한다.At the end of the start-up, the reactor is a H 2: CO = 2.0, P = 350psig (2413 kPa), ~ 16.8% dilution, to obtain the conditions of CT ~ 290 ms. Two rows of thermocouples are welded to the outer reactor surface at approximately 1.17 cm (0.46 in) and 3.2 cm (1.26 in) from the catalyst bed starting point (3.20 cm and 5.23 cm from the reactor inlet). The full welded microchannel reactor of the present invention does not cause complete isothermal reactor operation, but the measured temperature gradient is less than about 5 ° C. Also, the internal gradient for the FT catalyst is expected to be larger than the measured thermal gradient measured at the reactor wall without being measured.

리액터의 면을 가로지르는 온도 프로파일은 평균 온도의 ㅁ2℃ 내에서 제어된다.The temperature profile across the reactor surface is controlled within 2 ° C of the average temperature.

본 발명의 (전 용접) 리액터의 성능과 브레이즈 리액터와의 직접 비교를 동일한 피셔-트롭쉬 촉매를 기초로 하여 아래 표1에 도표화하였다.The performance of the inventive (pre-welded) reactor and a direct comparison with the braze reactor are tabulated in Table 1 below based on the same Fischer-Tropsch catalyst.

표 1: 본 발명의 (전 용접) 리액터와 브레이즈 리액터의 비교Table 1: Comparison of the (pre-welded) reactor and the braze reactor of the present invention

Figure 112013041740789-pct00001
Figure 112013041740789-pct00001

* 공지 : 온도 측정 위치는 2개의 리액터 사이에서 약간 다르다. 브레이즈 리액터에서는 냉각액 심(shim) 표면에서 온도가 측정된 반면, 본 발명 (전 용접) 리액터에서는 리액터 벽면의 외부에서 온도가 측정되었다.* Notice: The temperature measurement position is slightly different between the two reactors. In the braze reactor, the temperature was measured at the surface of the cooling liquid shim, while in the present invention (pre-welded) reactor, the temperature was measured outside the reactor wall surface.

본 발명의 전 용접 리액터의 스트림 성능에 대한 시간은 동일한 조건에서 다른 브레이즈 그리고 단일 채널 리액터와 비교가능하다.The time for the stream performance of the pre-welded reactors of the present invention is comparable to other brazes and single-channel reactors under the same conditions.

이러한 실증 기간 중 수집된 생성물 왁스는 탄소수 분산에 대해 분석된다. 결과는 짧고 긴 단일 채널 리액터 및 브레이즈 파일롯-스케일 리액터 테스트와 유사한 조건에서 처음 테스트로부터 왁스로 우수한 일치를 보인다.The product wax collected during this demonstration period is analyzed for carbon number dispersion. The results show excellent agreement from initial test to wax under conditions similar to short and long single-channel reactor and braze pilot-scale reactor tests.

업셋을 프로세스하기 위한 강건함Robust to process upsets

대략 211 시간의 스트림에서, 냉각액 유량계 파손은 인터로크 사태에 이르게 한다. 냉각액 유량계 손상은 백업 펌프를 야기하는(정상적인 펌프 기능에도 불구하고) 제로 유동 경고를 발생시켜 현저하게 높은 냉각액 유동이 인터로크에 이르게한다. 5분 내에 시스템이 리셋된다. 리액터는 이 기간 중에 ~197℃까지 냉각된다. CO 및 H2 유동은 시스템이 리셋되면 즉각적으로 ON된다. 2분 후에, N2 유동이 ON된다. 리액터 온도는 즉각적으로 상승하기 시작해서 (시스템 리셋으로부터) 9분 내에 (냉각액 채널이 배수되지 않기 때문에, 이전 조작으로부터의 물의 풀은 증발하기 시작할 수 있는 냉각액 측에 있음) 리액터 외부면에 기록된 최대 온도는 냉각액 유동이 없는 ~240℃에 도달된다. (시스템 리셋으로부터 9분)에 온도가 240 ℃에 도달할때, 냉각액 펌프는 수동으로 개시된다. 리액터 온도는 정상 레벨까지 드롭하기 시작된다. (시스템 리셋으로부터 37분) 28분 내에, 이러한 상황은 제어 하에 놓이게 되고, 리액터는 ~192 ℃까지 냉각된다. 이후, 리액터 온도는 인터로크 전의 수치(~206.6℃)까지 점진적으로 증가한다. 리셋 중, H2 유동은 목표보다 높은 수치로 설정되어 H2:CO의 비가 (2.00 대신에) 2.17이 된다.In a stream of approximately 211 hours, breakage of the coolant flow meter leads to an interlock situation. Coolant flow meter damage generates a zero flow warning that causes a back-up pump (despite normal pump function), resulting in significantly higher cooling fluid flow to interlock. The system is reset within 5 minutes. The reactor is cooled to ~ 197 ° C during this period. The CO and H 2 flows are immediately turned on when the system is reset. After 2 minutes, the N 2 flow is turned ON. Reactor temperature begins to rise immediately (within 9 minutes of system reset) (the coolant channel is not draining, so the pool of water from the previous operation is on the coolant side where it can begin to evaporate) The temperature reaches ~ 240 ° C with no coolant flow. (9 minutes from system reset), the coolant pump is started manually. The reactor temperature begins to drop to a normal level. (37 minutes from system reset) Within 28 minutes, this situation is under control and the reactor is cooled to ~ 192 ° C. Thereafter, the reactor temperature gradually increases to a value before the interlock (~ 206.6 ° C). During reset, the H2 flow is set to a value higher than the target, resulting in a ratio of H2: CO (instead of 2.00) to 2.17.

이러한 실험 결과는 놀랍게도 공급되는 냉각액을 손실하는 수초 내에 열 폭주가 발생하지 않고 냉각액 손실과 40 ℃보다 높게 상승하는 리액터 온도 사이에 9분이 흐른다는 것이다. 촉매 성능은 냉각액을 재개시후 목표 온도를 달성한 후 예상된 레벨로 후퇴된다. 촉매 체적에 대한 금속 리액터 블록 체적의 높은 비는 시스템 업셋이 역으로 되면서 수분 동안 반응의 방열을 흡수하도록 열 싱크를 생성한다. 이것은 특히 종래의 튜브형 고정식 베드 FT 리액터 이상의 이점이고, 이로써 냉각액의 일시적인 손실은 촉매 성능의 손실과 열 폭주 사태를 야기한다. 본 발명의 FT 리액터는 냉각액 유동없이 9분 후에 예상된 성능으로 복귀하기 위해 도시된 바와 같이 바람직하지 못한 열 업셋에 대한 적당한 일시적 버퍼를 생성한다. 리액터 온도는 예상된 바와 같이 상승하지만, 금속 구조체의 높은 열수용성은 촉매가 영구적으로 소결 상태를 유지하게 한다.These experimental results surprisingly indicate that there is no thermal runaway in the few seconds of loss of the supplied coolant, and 9 minutes between the loss of coolant and the reactor temperature rising above 40 ° C. The catalyst performance is retracted to the expected level after achieving the target temperature after the coolant has been resumed. The high ratio of metal reactor block volume to catalyst volume creates a heat sink to absorb the heat of reaction for several minutes while the system upset is reversed. This is particularly advantageous over conventional tubular fixed bed FT reactors, whereby the temporary loss of cooling fluid results in loss of catalytic performance and thermal runaway. The FT reactor of the present invention produces a suitable transient buffer for the undesirable column upsets as shown to return to expected performance after 9 minutes without cooling fluid flow. The reactor temperature increases as expected, but the high thermal capacity of the metal structure causes the catalyst to remain permanently sintered.

전 용접 파일럿 리액터에 대해, 촉매 체적은 전체 체적[0.934 L 리액터 블록에서 63.1 ml 촉매 - 10" x 3" x 1.9"(25 cm x 7.5 cm x 4.75 cm)]의 ~7%이다. 이러한 ~14:1의 촉매 체적에 대한 리액터 체적에 대해, 냉각액없이 9분의 열 싱크 타임은 수용가능하게 보인다.For the entire weld pilot reactor, the catalyst volume is ~ 7% of the total volume [63.1 ml catalyst in a 0.934 L reactor block - 10 "x 3" x 1.9 "(25 cm x 7.5 cm x 4.75 cm) : For the reactor volume for a catalyst volume of 1, a heat sink time of 9 minutes without cooling liquid appears acceptable.

촉매 체적에 대한 리액터 체적의 비가 14:1보다 작은, 보다 전형적으로는 10:1보다 작은, 보다 바람직하게는 3:1 또는 2:1보다 작은 대형 장치에서, 냉각액 유동없이 수용가능한 시간은 9분 보다 작고, 5분 이하로 예상되고, 몇몇 실시예에서는 30초 이하이다. 몇몇 양호한 실시예에서, 리액터 체적에 대한 촉매 체적의 비는 2와 60% 사이, 본 발명에 따른 몇몇 실시예의 리액터에서는 5%와 40% 사이이고, 전체 리액터 체적은 채널, 채널벽, 통합된 매니폴드 및 외부벽을 포함하지만, 외부 파이프 또는 압력 억제 용기는 포함하지 않는다.In large devices where the ratio of reactor volume to catalyst volume is less than 14: 1, more typically less than 10: 1, more preferably less than 3: 1 or 2: 1, the acceptable time without cooling fluid flow is 9 minutes Less than 5 minutes, and in some embodiments less than 30 seconds. In some preferred embodiments, the ratio of the catalyst volume to the reactor volume is between 2 and 60%, in some embodiments the reactors are between 5% and 40%, and the total reactor volume is the channel, channel wall, Folds, and outer walls, but does not include an outer pipe or pressure-relief container.

또한,~346 시간의 스트림에서, 일산화탄소 유량 제어기가 출구 유동에 대해 판독인 낮은 건식 테스트 미터(DTM)로 인해 변한다. 새로운 CO MFC가 목표보다 낮은 수치로 설정되어, H2:CO 비는 증가한다. (스트림에서 ~363 시간까지) 17 시간의 연속 기간 중에, H2:CO 비는 ~2.36이고, CO 변환은 85% 보다 큰 값까지 증가한다.Also, in the ~ 346 hour stream, the carbon monoxide flow controller is changed due to the low dry test meter (DTM) which is the readout for the outlet flow. The new CO MFC is set to a lower value than the target, and the H2: CO ratio increases. During a continuous period of 17 hours (from stream to 363 hours), the H2: CO ratio is ~ 2.36 and the CO conversion increases to a value greater than 85%.

놀랍게도, 높은 CO 변환에서도 불활성화의 비는 증가하지 않고 성능은 공급량 조정 후 이전의 레벨까지 회복된다는 것을 발견하였다. 리액터는 CO에 대한 H2의 높은 레벨을 포함하는 다양한 조건의 범위의 견고한 조작을 갖는다. 종래의 튜브형 고정식 베드 FT 리액터는, 반응으로부터 방출되는 열의 갑작스러운 증가를 포함하는 열출력에서 신속히 변화하도록 양호하게 응답하지 않는다. 본 발명의 리액터는 높은 CO에 대한 H2의 비로 증가되는 반응열과 같은 안정한 방식으로 계속 조작된다. 합성 가스비가 목표 치수로 회복된 후 성능은 예상된 성능으로 되돌아 간다.Surprisingly, it has been found that the ratio of deactivation does not increase even at high CO conversions, and performance is restored to the previous level after the feed rate adjustment. The reactor has a robust operation with a range of conditions including high levels of H2 to CO. Conventional tubular fixed bed FT reactors do not respond well to rapid changes in heat output, including a sudden increase in the heat released from the reaction. The reactors of the present invention continue to operate in a stable manner, such as a reaction heat that is increased by the ratio of H2 to high CO. After the synthesis gas ratio has recovered to the target dimensions, the performance returns to the expected performance.

부분 보일링 판정Partial-boiling judgment

본 발명의 리액터 증명의 다음 국면에서, 냉각액의 부분 보일링이 테스트되고, 파상 특성의 외형을 따르는 것과 달리 평행한 파상 특성들 사이의 선형 시임을 따라 (주요 냉각액 채널 전의 입구측에서 작은 단면 채널의 22 파상 턴) 단지 밀봉된 보일링 유동 제어 특성의 본 발명의 전 용접 리액터의 열제어 및 안정성이 실증된다. 냉각액 유동 채널 당 하나의 파상 특성 섹션이 있고, 평행 냉각액 채널들 사이의 간단한 선형 밀봉부는 고열 플럭스 부분 보일링 제어식 반응에서 안정적인 조작을 유지하기에 충분하고, 예로써, 유동은 뱀형 특성에 인접한 랜드를 따르는 턴을 바이패스하지 않아 앞면의 압력 하강을 하강시키고 잠재적으로 보일링 중에 냉각액 유동 불안정화를 야기한다.In the next phase of the reactor certification of the present invention, the partial boiling of the cooling liquid is tested and is followed by a linear seam between the parallel wavy characteristics, as opposed to conforming to the wavy profile, 22 wave turn) thermal control and stability of the entire welder reactor of the present invention with only sealed boiling flow control characteristics is demonstrated. There is one wave characteristic section per cooling fluid flow channel and a simple linear seal between the parallel cooling fluid channels is sufficient to maintain stable operation in the high temperature flux partial boiling controlled reaction and by way of example, But does not bypass the following turns, thereby lowering the front pressure drop and potentially causing unstable cooling fluid flow during boiling.

"홈(home)" 조건에 상당하는 조작 조건(H2:CO=2.0, P=350 psig(2413 kPa), ~16.8% 희석, CT ~ 290 ms)은 유지된다. 스트림으로 ~634 시간에서 개시하고, 냉각액 유동은 ~1 - 3 % 보일링의 출력 스팀 퀄리티가 달성되도록 ~2 LPM으로부터 하강된다. 리액터 온도는 ~70% CO 변환을 유지하도록 조정된다. 스트림에서 ~679 시간에서, 냉각액 유량은 0.4 LPM 까지 감소되고, 1.5%의 출구 스팀 퀄리티가 달성된다. 리액터 온도는 목표 CO 변환을 유지하도록 204.3 ℃까지 하강된다. 성능은 사실상 단일 위상 조작과 유사하다. 또한, 부분 보일링의 사용은 초기 290 ms 보다 낮은 접촉 시간으로 조작되는 FT 리액터로부터 높은 네트 열 플럭스 또는 열 발생으로 리액터가 조작되는 것을 허용한다.Operating conditions (H 2 : CO = 2.0, P = 350 psig (2413 kPa), ~ 16.8% dilution, CT ~ 290 ms) corresponding to the "home" condition are maintained. Stream at ~ 634 hours, and the coolant flow is lowered from ~ 2 LPM to achieve an output steam quality of ~ 1-3% boiling. The reactor temperature is adjusted to maintain ~ 70% CO conversion. At ~ 679 hours in the stream, the coolant flow rate is reduced to 0.4 LPM and an exit steam quality of 1.5% is achieved. The reactor temperature is lowered to 204.3 캜 to maintain the target CO conversion. Performance is in fact similar to single phase operation. In addition, the use of partial boiling allows the reactor to be operated with high net heat flux or heat generation from the FT reactor operated at contact times lower than the initial 290 ms.

부분 보일링 조건은 스트림에서 ~300 시간동안 유지되며, 이 기간 중의 성능은 도 10에 요약되어 있다.Partial boiling conditions are maintained in the stream for ~ 300 hours, during which performance is summarized in FIG.

본 발명의 리액터는, 단일 위상 냉각액의 성능과 사실상 매칭하도록 290 ms의 "홈" 조건에서 1.5%의 출구 스팀 퀄리티와 물의 부분 보일링으로 스트림 상에서 250 시간 이상 동안 안정적으로 조작된다.The reactors of the present invention are operated stably for more than 250 hours on the stream with a partial boiling of water with an outlet steam quality of 1.5% at " groove " conditions of 290 ms to substantially match the performance of a single phase cooling fluid.

열 안정성 판정Thermal stability determination

이후 테스트 단계에서, 본 발명의 리액터가 (온도를 조정함으로써 CO 변환을 유지하면서 접촉 시간을 저감시킴으로써 많은 합성 가스를 처리하는) 반응의 열 듀티(heat duty)를 증가시킴으로써 효과적으로 열을 제거할 수 있는 지 테스트된다. 프로세스 핀은 냉각액 서브조립체와 단지 프레스 핏 접촉되어 있다는 점을 알아야 한다. 냉각액 서브조립체와의 프레스 핏 프로세스 핀의 접촉 저항은 사실상 방열 FT 리액터의 성능을 변화시키지 않는다. 또한, 하나의 벽에 대한 핀의 프레스 핏은, 서브조립체를 제조하는 레이저 용접 방법으로부터 발생되는 0.013 내지 0.13 mm(0.5 내지 5 mil) 높이와 0.025 내지 0.508 mm(1 내지 20 mil) 폭의 순서의 상승된 리브 또는 너브에 의해 방해된다. In subsequent test steps, the reactors of the present invention can effectively remove heat by increasing the heat duty of the reaction (which treats many syngas by reducing the contact time while maintaining the CO conversion by adjusting the temperature) Is tested. It should be noted that the process pins are only in press-fit contact with the coolant subassembly. The contact resistance of the press fit process pin with the coolant subassembly does not substantially change the performance of the heat dissipating FT reactor. In addition, the press pits of the pins to one wall may have a height of from 0.5 to 5 mils (0.013 to 0.13 mm) and a width of from 0.025 to 0.508 mm (1 to 20 mils), resulting from the laser welding method of manufacturing the sub- It is hampered by the raised rib or nub.

16.5% 희석, H2:CO=2, 350 psig(2413 kPa)의 조작 압력을 유지하면서, 프로세스 반응 접촉 시간은 단계적으로 290 ms에서부터 ~70 ms로 저감된다. 예로써, 63.1 ㎤ 체적이고 66.5 그램의 촉매 베드가 주어질 때, 290 ms(13.1 SLPM 유동)에서 70 ms로의 변화는 반응기로의 합성 가스 유동을 54.1 SLPM까지 증가시킨다. 합성 가스의 조성 및 천이의 상세는 아래 표2에서 나타낸다. 온도는 ~70% CO 변환을 유지시키기 위해 ~206.6 ℃에서 ~263 ℃로 상승된다. 이러한 높은 열 듀티의 결과 - 열을 제거하기 위한 냉각액의 성능이 테스트되었다. 이러한 조작 단계 중의 핵심 데이터를 아래 표2에 나타낸다.
The process reaction contact time is stepped down from 290 ms to ~ 70 ms, while maintaining the operating pressure of 16.5% dilution, H2: CO = 2, 350 psig (2413 kPa). For example, given a 63.1 cm3 volume and a 66.5 gram catalyst bed, a change from 290 ms (13.1 SLPM flow) to 70 ms increases the syngas flow to the reactor to 54.1 SLPM. The composition of the synthesis gas and the details of the transition are shown in Table 2 below. The temperature is raised from ~ 206.6 ° C to ~ 263 ° C to maintain ~ 70% CO conversion. The result of this high heat duty - the performance of the coolant to remove heat has been tested. Table 2 shows the key data of these operating steps.

표 2:다양한 접촉 시간에 대한 전 용접 리액터의 프로세스 데이터Table 2: Process data of all welding reactors for various contact times

Figure 112013041740789-pct00002

Figure 112013041740789-pct00002

상술한 데이터를 기초로 하여, 본 발명의 용접 리액터 디자인은 (~1.5%로부터 ~10%까지 증가하는 평균 스팀 퀄리티를 갖는) 290 밀리초 접촉 시간 조건에서 생성된 것보다 4배 이상 열 로드를 취급할 수 있다.Based on the above data, the welding reactor design of the present invention is capable of handling thermal loads four times or more than that generated in a 290 millisecond contact time condition (with average steam quality increasing from ~ 1.5% to ~ 10%) can do.

조작의 개별적인 단계 및 다른 장치(블레이즈 및 단일 채널 리액터)로 수행한 테스트와 유사한 테스트 조건과 비교에 대해 이하 설명한다.Test conditions and comparisons similar to those performed with individual steps of operation and with other devices (blazes and single channel reactors) are described below.

본 발명의 용접 리액터는 스트림에서 945 부터 1131 시간 까지 210 ms의 접촉 시간에서 테스트된다. 다른 프로세스 파라미터는 H2:CO=2.0, P=350psig(2413 kPa), ~16.5% 희석에서 일정하게 유지된다. 리액터 온도는 목표 CO 변환을 유지하기 위해 ~214.6℃까지 증가된다.The welding reactor of the present invention is tested at a contact time of 210 ms from 945 to 1131 hours in the stream. Other process parameters are H 2: CO = is kept constant at 2.0, P = 350psig (2413 kPa ), ~ 16.5% diluent. The reactor temperature is increased to ~ 214.6 ° C to maintain the target CO conversion.

본 발명의 용접된 리액터는 스트림에서 1132부터 1182 시간까지 150 ms의 접촉 시간에서 테스트된다. 다른 프로세스 파라미터는 H2:CO=2.0, P=350psig(2413 kPa), ~16.5% 희석에서 일정하게 유지된다. 리액터 온도는 목표 CO 변환을 유지하기 위해 ~221.7℃까지 증가된다.The welded reactors of the present invention were tested in the stream at a contact time of 150 ms from 1132 to 1182 hours. Other process parameters are H 2: CO = is kept constant at 2.0, P = 350psig (2413 kPa ), ~ 16.5% diluent. The reactor temperature is increased to ~ 221.7 ° C to maintain the target CO conversion.

본 발명의 용접된 리액터는 스트림에서 1205부터 1350 시간까지 100 ms의 접촉 시간에서 테스트된다. 다른 프로세스 파라미터는 H2:CO=2.0, P=350psig(2413 kPa), ~16.5% 희석에서 일정하게 유지된다. 리액터 온도는 목표 CO 변환을 유지하기 위해 ~241.2℃까지 증가된다. 스트림에서 ~1221 - 1228 시간 동안, CO 유량 제어기는 물의 드립(drip)으로 인해 손상되어 인터로크 상황이 야기되어 교체되어야 한다.The welded reactors of the present invention were tested in the stream at a contact time of 100 ms from 1205 to 1350 hours. Other process parameters are H 2: CO = is kept constant at 2.0, P = 350psig (2413 kPa ), ~ 16.5% diluent. The reactor temperature is increased to ~ 241.2 ° C to maintain the target CO conversion. During ~ 1221 - 1228 hours in the stream, the CO flow controller is damaged due to dripping of water and must be replaced due to an interlock situation.

이후, 접촉 시간은 100 ms부터 70 ms까지 단계적으로 점진적으로 더 하강된다. 다른 프로세스 파라미터는 H2:CO=2.0, P=350psig(2413 kPa), ~16.5% 희석에서 일정하게 유지된다. 70 ms의 접촉 시간 및 ~263.1℃(스트림에서 ~1542 시간)의 리액터 온도의 불규칙적인 진행 거동은 리액터 상의 복수의 열전쌍 위치에서 인지된다. 온도의 갑작스러운 급속 증가는 도 11의 그래프에 표시된 바와 같이 (리액터 온도를 하강시킴으로써 진행이 제어되기 전) 일정한 조건에서 볼 수 있다.Thereafter, the contact time is gradually lowered stepwise from 100 ms to 70 ms. Other process parameters are H 2: CO = is kept constant at 2.0, P = 350psig (2413 kPa ), ~ 16.5% diluent. The irregular propagation behavior of the contact time of 70 ms and the reactor temperature of ~ 263.1 ° C (~1542 hours in the stream) is recognized at multiple thermocouple locations on the reactor. The sudden rapid increase in temperature can be seen under certain conditions as shown in the graph of Fig. 11 (before progress is controlled by lowering the reactor temperature).

도 22에 도시한 온도는 최외측 냉각액 채널과 접촉되는 1.27 cm(0.5인치)의 두꺼운 지지판의 대향면 상의 리액터의 외부 금속벽에서 측정된 것이다. 금속 온도는 10 ℃보다 작지만, 촉매 베드 상에서의 온도의 상승 표시는 50 ℃보다 커지는 것으로 예상된다.The temperature shown in Fig. 22 is measured on the outer metal wall of the reactor on the opposite face of the 1.27 cm (0.5 inch) thick support plate in contact with the outermost coolant channel. The metal temperature is less than 10 ° C, but the rise in temperature on the catalyst bed is expected to be greater than 50 ° C.

이러한 조작 중에, 본 발명의 용접 리액터의 높은 수용성도 나타난다. 290 ms, 210 ms 및 150 ms 접촉 시간으로부터의 왁스 재료는 알파 수자를 산출하도록 분석된다. 장치 성능은 표 3에서 요약된다. 표 3은 생성물 왁스에 대해 0.89 이상의 알파값을 갖는 본 발명의 용접 리액터의 높은 수용 성능을 나타낸다. 210 밀리초보다 많은 접촉 시간에 대해, 알파값은 0.91 이상이다. 알파는 피셔 트롭쉬 화학 분야에서의 숙련자에 의해 공지된 바와 같이 등급화되어 정의된다.During this operation, the high water solubility of the welding reactor of the present invention also appears. The wax material from the contact times of 290 ms, 210 ms and 150 ms is analyzed to yield an alpha number. Device performance is summarized in Table 3. Table 3 shows the high acceptability of the inventive welding reactor with an alpha value of 0.89 or more for the product wax. For contact times greater than 210 milliseconds, the alpha value is 0.91 or greater. Alpha is graded and defined as is known by those skilled in the art of Fischer Tropsch.

접촉 시간Contact time 290 ms290 ms 210 ms210 ms 150 ms150 ms 온도Temperature 206.5℃206.5 ° C 214.6℃214.6 ° C 221.7℃221.7 DEG C 성능Performance CO 변환CO conversion 74.1%74.1% 72.2%72.2% 71.1%71.1% CH4 선택도CH4 selectivity 8.7%8.7% 9.5%9.5% 14.4%14.4% C5+생산성C5 + Productivity ~0.7 GPD~ 0.7 GPD ~0.95 GPD~ 0.95 GPD ~1.1 GPD~ 1.1 GPD kg C5+/Lcat/시간kg C5 + / Lcat / hour 1.241.24 1.751.75 1.991.99 알파Alpha 0.910.91 0.910.91 0.890.89

스팀 steam 퀄리티quality /부분 /part 보일링Boiling 안정성 판정 Stability determination

스트림에 대해 1662 시간부터 1783시간까지의 조사 부분에서, 냉각액 유동은 동일한 열 듀티에서 보일링 범위를 증가시키기 위해 0.5 LPM으로부터 하강되고[H2:CO=2, 16.5% 희석, 350 psig(2413kPa) 처리압에서 다른 조작 파라미터를 일정하게 유지시키고], 높은 출구 스팀 퀄리티를 달성한다. 스트림에서 ~1712 시간, 유동의 0.2 LPM에서, 유량계는 판독 가능한 최저 한계에 도달하고, 수량은 더욱 하강되지 않는다. 테스트의 이러한 위상 중의 평균 스트림 퀄리티는 표 4에 나타낸 바와 같이 ~15%까지 증가한다.In the irradiating portion from 1662 to 1783 hours for the stream, the coolant flow was lowered from 0.5 LPM to increase the boiling range at the same heat duty, and [H2: CO = 2, 16.5% dilution, 350 psig (2413 kPa) To keep the other operating parameters constant from the pressure) to achieve high outlet steam quality. At ~1, 172 hours in the stream, at 0.2 LPM of flow, the flowmeter reaches the lowest readable limit, and the quantity is not further lowered. The average stream quality during this phase of testing increases to ~ 15% as shown in Table 4.

다양한 출구 스팀 퀄리티에서의 본 발명의 전 용접 리액터 성능The overall weld reactor performance of the present invention at various outlet steam qualities 접촉
시간
[ms]
contact
time
[ms]
냉각액
유동
[LPM]
Coolant
Flow
[LPM]
CO
변환
[%}
CO
conversion
[%}
CH4
선택도
[%]
CH4
Selectivity
[%]
평균 출구
스팀 퀄리티
[%]
Average exit
Steam quality
[%]
278278 0.410.41 73.373.3 8.28.2 1.51.5 150150 0.530.53 71.071.0 14.314.3 2.92.9 7070 0.500.50 69.669.6 39.939.9 10.510.5 9090 0.370.37 57.857.8 34.134.1 8.98.9 9090 0.220.22 57.857.8 34.134.1 14.814.8

레이저 용접 서브조립체 상의 압력The pressure on the laser welding subassembly

FT 리액터 조작 중, 레이저 용접 서브조립체는 냉각액 서브조립체 내측의 유체압이 스트림에 대한 시간에 따라 증가하기 때문에 서브조립체에 압축으로부터 텐션으로 이동한다. 특히, 프로세스층에 인접한 냉각액 서브조립체의 섹션은 전체 냉각액 서브조립체보다 작다. 본 예에서 설명한 전 용접 리액터에 대해, 서브조립체의 거의 60%는 핀이 있는(finned) 프로세스층에 인접하고, 압축 및 텐션에서 변화가 발생한다. 24" x 24"(60 cm x 60 cm) 서브조립체를 갖는 큰 리액터는 보일링 온도가 압력에 따라 변화하기 때문에 압축과 텐션 사이에서 천이하는 서브조립체 표면적의 80%보다 크다. 반응 온도는 촉매가 왁스의 빌드업으로 비활성화되기 때문에 피셔 트롭쉬에 대해 전형적으로 증가된다. 전형적인 개시 온도는 200 ℃ 및 210 ℃ 사이이고, 스팀 커브로부터의 보일링 온도는 210 psig와 260 psig(1448과 1793 kPa) 사이이다. 프로세스 공급압은 전형적으로 250 psig와 450 psig(1724와 3101 kPa) 사이이다. 온도는 냉각액측의 압력을 증가시킴으로써 상승된다. 220 ℃에서, 보일링 중의 스팀 압력(피셔 트롭쉬의 반응 방렬을 제거하기 위한 바람직한 방법)은 거의 320 psig(2206 kPa)이다. 230 ℃에서, 스팀 압력은 거의 380 psig(2620 kPa)이다. 본 예에서 설명한 실험에서, 프로세스 압력은 250 ℃ 이상까지 상승되고, 스팀 압력은 거의 560 psig(3861 kPa)이고 프로세스 반응 압력 이상이다. 구동 개시에서, 레이저 용접부는 핀 또는 프로세스 측 상의 높은 압력으로부터 압축된다. 가장 높은 온도에서, 레이저 용접부는 압축되고, 프로세스측보다 냉각액측에 큰 332 psig(2289 kPa) 압력과 같이 높아진다. 재생 전과 후, 반응 온도는 220 ℃ 이하로 하강되고, 레이저 용접부는 텐션에 놓여지지 않고 압축 상태로 복귀된다. 레이저 용접 서브조립체는 압축과 텐션 모두에서 견고하게 작동하고 스트림에 대해 1000 시간 이상의 시간 경과 내에 압축 상태로 돌아간다. 또한, 레이저 용접부가 압축 또는 텐션 중 하나에서 작동하고 다시 복귀하기에 견고할 뿐만 아니라, 핀과 촉매의 열접촉은 장치 내에서의 압력 변화에 의해 영향받지 않는다. 본 발명의 리액터의 양호한 성능을 유지하기 위한 중요한 파라미터는, 촉매 로드 밀도가 미립자 재료를 위한 ASTM 방법에 의해 외부적으로 결정된 바와 같은 이론적인 PABD(팩 평균 베드 밀도)의 2% 내 그리고 바람직하게는 1% 내인 로드 촉매 베드이다. 냉각 유동 압력 하강 테스트는 에르건(Ergun) 방정식으로부터 예견된 실제 압력 하강과 비교하는 데 사용된다. 압력 하강이 에르건 방정식으로부터 예견된 5%(바람직하는 2%) 내가 아닌 경우, 데드는 열악하게 패킹된다. 베드가 열악하게 패킹되면, 리액터의 유동 채널링의 해로운 영향이 발생하기 쉽고 프로세스와 냉각액에 대한 압축과 텐션 사이의 변화는 마찰 또는 연마가 발생하도록 촉매 입자에 원하지 않은 힘의 증가를 야기할 수 있다. 촉매 입자가 파쇄되는 경우, 최종 작은 입자는 다른 것 위로 몇몇 채널에서 높은 압력 하강을 야기하기 쉽고 유동 불균형, 고온 스팟 또는 이른 열 폭주를 야기한다. During FT reactor operation, the laser welding subassembly moves from compression to tension on subassemblies because fluid pressure inside the coolant subassembly increases with time for the stream. In particular, the section of the coolant subassembly adjacent to the process layer is smaller than the entire coolant subassembly. For the entire weld reactor described in this example, approximately 60% of the subassembly is adjacent to the finned process layer and changes in compression and tension occur. A large reactor with a 24 "x 24" (60 cm x 60 cm) subassembly is greater than 80% of the subassembly surface area that transitions between compression and tension because the boiling temperature varies with pressure. The reaction temperature is typically increased for Fischer Tropsch as the catalyst is deactivated by the build up of the wax. Typical starting temperatures are between 200 and 210 degrees Celsius, and the boiling temperatures from the steam curve are between 210 psig and 260 psig (1448 and 1793 kPa). The process feed pressure is typically between 250 psig and 450 psig (1724 and 3101 kPa). The temperature is raised by increasing the pressure on the coolant side. At 220 占 폚, the steam pressure in the boiling (the preferred method for removing the Fischer Tropsch reaction) is approximately 320 psig (2206 kPa). At 230 캜, the steam pressure is nearly 380 psig (2620 kPa). In the experiment described in this example, the process pressure is raised to 250 ° C or higher, and the steam pressure is approximately 560 psig (3861 kPa) and above the process reaction pressure. At start-up, the laser welds are compressed from high pressure on the pin or process side. At the highest temperature, the laser welds are compressed and are as high as 332 psig (2289 kPa) pressure on the coolant side of the process side. Before and after the regeneration, the reaction temperature is lowered to 220 DEG C or lower, and the laser welded portion is returned to the compressed state without being put on the tension. The laser welding subassembly operates robustly in both compression and tension and returns to compression within a time lapse of more than 1000 hours for the stream. Further, not only is the laser welded part robust to operating and returning to either compression or tension, but also thermal contact of the fin with the catalyst is not affected by pressure changes in the device. An important parameter for maintaining the good performance of the reactors of the present invention is that the catalyst rod density is within 2% of the theoretical PABD (pack average bed density) as determined externally by the ASTM method for particulate material, Lt; RTI ID = 0.0 > 1%. ≪ / RTI > The cooling flow pressure drop test is used to compare the actual pressure drop predicted from the Ergun equation. If the pressure drop is not the expected 5% (2% preferred) from the Ergon equation, the dead is poorly packed. If the bed is poorly packed, the deleterious effects of flow channeling of the reactor are likely to occur, and a change between compression and tension for the process and cooling fluid may cause an undesirable increase in force on the catalyst particles, such that friction or abrasion may occur. When the catalyst particles are fractured, the resulting particulates tend to cause high pressure drops in some channels over the other and cause flow imbalance, high temperature spot or premature thermal runaway.

요약하기 위해, 전 용접 리액터의 성능은 실증되었고, 브레이징 및/또는 확산 접합이 필요로 하지 않는다는 점을 나타낸다. 열접촉은 양호한 결과를 제공하는 전 용접 제조 기술에 의해 가능하다.To summarize, the performance of a pre-welded reactor has been demonstrated and indicates that brazing and / or diffusion bonding is not required. Thermal contact is possible by a pre-weld manufacturing technique which provides good results.

프로세스 압력 이상의 초기 냉각액 압력은 유사한 크기의 레이저 용접 부분들의 폭발 테스트 및 본 발명의 리액터에 대한 레이저 용접부의 크기를 기초로 하여 파형의 변형 및 냉각액 채널들 사이의 용접부의 파핑(popping)을 방지하도록 ~50 psi(345 kPa)로 제한된다. 진행 중, 이러한 과압력은 ~332 psi(2289 kPa)까지 증가하고 어떠한 외부 시각적인 변형은 인지되지 않는다. 테스트 후, 리액터의 분해도에서는 리액터의 내부가 압축되거나 변형되거나 또는 바람직하게 않게 변화되는 점이 없다는 것을 확인하였다. 이러한 놀라운 결과는 촉매 로드 핀이 0.002 인치(0.005 cm) 폭인 작은 레이저 용접부에 대한 구조적 지지부로서 구비된다는 점이다. 캔 위의 레이저 용접부는 촉매 로드 프로세스 채널로부터 지지부를 요구하지 않으면서 냉각액에 대해 충분하게 높은 압력 작용을 허용하도록 넓게 예로써, 0.006 인치(0.0150 cm)일 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 본 발명의 장치 및 방법은 0.015 cm 이상의 폭을 갖는 레이저 용접에 사용될 수 있다.The initial coolant pressure above the process pressure is used to prevent wave form deformation and popping of welds between coolant channels based on the explosion test of similar sized laser welds and the size of the laser welds to the reactor of the present invention. Is limited to 50 psi (345 kPa). During the process, this overpressure increases to ~ 332 psi (2289 kPa) and no external visual deformation is perceived. After the test, it was confirmed that the decomposition of the reactor did not cause the interior of the reactor to be compressed, deformed, or undesirably changed. This surprising result is that the catalytic rod pin is provided as a structural support for small laser welds with a 0.002 inch (0.005 cm) width. The laser welds on the can can be 0.006 inches wide (0.0150 cm), for example, to allow a sufficiently high pressure action on the coolant without requiring support from the catalyst rod process channel. Thus, in a preferred embodiment, the apparatus and method of the present invention can be used for laser welding having a width of at least 0.015 cm.

예3 큰 시트 레이저 용접Example 3 Large sheet laser welding

레이저 용접 서브조립체용 유사하지 않은 부분의 충격을 도시하기 위해 본 발명의 리액터에 대해 3가지 형태의 부분이 테스트된다. 이론적으로 얇은 상부 시트는 용접부를 형성하도록 압력된 에너지가 작기 때문에 덜 왜곡을 생성한다. 놀랍게도, 얇은 상부 시트는 보다 많은 왜곡을 부여한다는 점을 발견하였다. 두꺼운 상부 시트가 바람직하다.Three types of parts are tested for the reactors of the present invention to illustrate the impact of dissimilar portions for a laser welding subassembly. The theoretically thin topsheet produces less distortion because of the low pressure energy to form the weld. Surprisingly, it has been found that a thin top sheet imparts more distortion. A thick top sheet is preferred.

● 0.020"(0.05 cm)벽, 0.010"(0.025 cm)벽, 0.005"(0.025 cm)(0.125 cm)벽으로 범위된 냉각액 채널 심에 용접된 상부 시트● Top sheet welded to 0.020 "(0.05 cm) wall, 0.010" (0.025 cm) wall, 0.005 "(0.025 cm) walled coolant channel shim

● 초기 용접부는 부분들을 고정시키는 데 조력하기 위해 간헐적인 레이저 용접으로 수행된다.(예로써, 매 5번째 열). 긴 시임 용접 라인이 형성되기 전, 용접부 길이 치수를 따르는 간헐적 레이저 용접은 매 5번째 열에 부가된다. 간헐적 스티칭(stitching)은 거의 2 내지 4 cm길이이고, 길이에서 5 내지 20 cm의 용접되지 않은 섹션에 의해 분리된다.• The initial weld is performed by intermittent laser welding (eg every fifth row) to assist in securing the parts. Intermittent laser welding along the weld length dimension is added to every fifth row before the long seam weld line is formed. Intermittent stitching is approximately 2 to 4 cm long and is separated by an unwelded section of 5 to 20 cm in length.

● 이후, 상부판은 제거되고 충분한 길이의 용접이 수행된다.• Afterwards, the top plate is removed and a sufficient length of weld is performed.

● 파워 세팅 및 포커스는 2개의 얇은 벽 시나리오에 대해 조정되는 데 필요하다.• Power settings and focus are required to be adjusted for two thin wall scenarios.

○ 0.010"(0.025 cm) 벽에 대해 60% 파워 세팅○ 60% power setting for 0.010 "(0.025 cm) wall

○ 0.005"(0.0125 cm) 벽에 대해 50% 파워 세팅○ 50% power setting for 0.005 "(0.0125 cm) wall

초기 생각은 벽두께 및 파워가 감소되는 만큼 왜곡이 저감된다는 것이었으나, 반대 현상이 발생했다. 0.020"(0.05 cm) 벽 서브조립체가 측정되고 ~2.750"(6.875 cm) 왜곡이 나타났다.The initial idea was that distortion was reduced as wall thickness and power decreased, but the opposite phenomenon occurred. 0.020 " (0.05 cm) wall subassembly was measured and ~ 2.750 " (6.875 cm) distortion appeared.

0.010"(0.025 cm) 및 0.005"(0.0125 cm)벽에 대한 연속 테스트가 다음의 응력 변형 개수를 도시한다.Continuous testing for 0.010 " (0.025 cm) and 0.005 " (0.0125 cm) walls shows the following number of stress variations.

● 0.010"(0.025cm) 서브조립체는 2.906"(7.265 cm) 측정The 0.010 "(0.025 cm) subassembly measures 2.906" (7.265 cm)

● 0.005"(0.0125cm) 서브조립체는 2.961"(7.4025 cm) 측정The 0.005 "(0.0125 cm) subassembly measures 2.961" (7.4025 cm)

테스트된 서브조립체에서, 조립체의 24"(60 cm)폭을 따르는 161 24"(60 cm) 길이의 용접부가 있고, 이러한 구성요소에서 응력을 볼 수 있다는 점은 놀랍지 않지만, 긴 용접을 수행할 때 통상의 길이방향 그리고 과도기의 응력은 아니다. 용접 프로세스 중에 응력을 완화시키거나 또는 서브조립체 프로세스 이후 응력을 저감제거하기 위한 도전이 있다.It is not surprising that, in the subassembly tested, there is a weld of 161 24 "(60 cm) in length along a 24" (60 cm) width of the assembly and that stress can be seen in these components, It is not the normal longitudinal direction and transient stress. There is a challenge to mitigate stresses during the welding process or to reduce and eliminate stresses after the subassembly process.

바람직하게, 개별적인 상부 시트는 0.04 cm 이상, 몇몇 실시예에서는 0.04 내지 0.2 cm의 범위, 보다 바람직하게는 0.05 cm 내지 0.1 cm의 두께를 갖는다. "상부 시트"는 채널 또는 다른 공극을 포함하는 시트 또는 복수의 시트 위에 놓여진 시트를 언급하며, 상부 시트는 높이 방향에서 채널 또는 공극을 밀봉하고 서브조립체를 완성한다.Preferably, the individual topsheet has a thickness of at least 0.04 cm, in some embodiments in the range of 0.04 to 0.2 cm, more preferably 0.05 cm to 0.1 cm. &Quot; Top sheet " refers to a sheet or sheet comprising a plurality of sheets or channels containing channels or other voids, wherein the top sheet seals a channel or cavity in the height direction and completes the subassembly.

큰 부분에 대한 예비 캠버링 테스트Preliminary cambering test for large part

용접부의 응력을 완화시키기 위한 하나의 방법은 예비 캠버링(예비 굽힘) 구성요소에 의한 것으로 조작 수행이 시험되었다.One way to alleviate the stresses in the welds was to test the operation by means of a pre-cambering (pre-bending) component.

● 프로세스● Process

○ 하나의 유닛으로서 예비 캠버 냉각액 및 냉각액 채널 심○ As a unit, preliminary camber coolant and coolant channel shims

○ 레이저 용접 테이블 상에 고정구를 로드하고 셋업 및 레이저 정렬을 수행Load the fixture onto the laser weld table and perform setup and laser alignment

○ 레이저 스티칭 프로그램 수행○ Perform laser stitching program

○ 레이저 용접 테이블 상에 재고정구○ On the laser welding table,

○ 충분한 용접 프로그램 수행○ Performing a sufficient welding program

예비 캠버링 구성요소는 구성요소의 제어되고 일관적인 굽힘성을 허용하도록 클램프 및 고정용구로 구성된 고정구를 사용하여 이루어진다.(도 12 참조) 시트는 채널 길이에 수직한 방향으로 굽혀진다. 2개의 시트는 이러한 기술로 예비 캠버링된 뒤 용접된다. 최종 서브조립체는 예비 캠버링없이 유사하게 제조된 서브조립체와 시각적으로 비교된다.The pre-cambering component is made using a fixture configured as a clamp and fixture to allow controlled, consistent bendability of the component (see Figure 12). The sheet is bent in a direction perpendicular to the channel length. The two sheets are pre-cambered and then welded with this technique. The final subassembly is visually compared to a similarly fabricated subassembly without pre-cambering.

● 400 ℃ 이하의 온도에서의 응력 완화는 허용 가능한 실행이지만 결국 적절한 응력만이 완화된다. 870 ℃에서 1시간은 전형적으로 잔류 응력의 약 85%를 완화시킨다. 그러나, 이러한 온도에서의 응력 완화는 그레인 경계 카바이드(carbide)를 침전시킬 수 있어 많은 매체에서 부식 저항성을 심각하게 손상시킨다. 이러한 효과를 피하기 위해, 특히 오랜 응력 완화가 필요로 될 때, 안정화된 스테인리스강(321 또는 347급) 또는 극저탄소형(304L 또는 316L)이 사용하는 것을 추천한다. 커다란 부분의 응력 완화는 400 ℃ 그리고 1100℃의 높은 온도에서 시도된다. 양쪽 모두의 경우, 제한된 성공이 관찰되었다. 변형에서의 적절한 저감은 편평부 위에 놓여진 하나의 에지의 거리로 측정된 바와 같이 초기 왜곡의 ~40% 관찰되었다.Stress relief at temperatures below 400 ° C is an acceptable practice, but only the appropriate stresses are eventually mitigated. One hour at 870 ° C typically relaxes about 85% of the residual stress. However, stress relaxation at these temperatures can precipitate grain boundary carbides, seriously damaging the corrosion resistance in many media. To avoid this effect, it is recommended to use stabilized stainless steel (321 or 347) or extremely low carbon (304L or 316L), especially when long stress relief is required. A large part of the stress relaxation is attempted at a high temperature of 400 ° C and 1100 ° C. In both cases, limited success was observed. The appropriate reduction in deformation was observed ~ 40% of the initial distortion as measured by the distance of one edge over the flattened portion.

● 어닐링(종종 액처리로서 언급됨)은 워크 경화 그레인을 재결정할 뿐만 아니라 (민감한 강에서 그레이 경계에 침전된) 크롬 카바이드를 오스테나이트의 용액으로 후퇴시킨다. 또한, 처리는 수상 돌기 용접 금속 구조체를 균일화하고, 모든 나머지 응력은 냉간 작업으로부터 완화된다. 미세한 그레인 크기가 중요할 때 몇몇 형태가 1010℃만큼 낮게 긴밀하게 제어된 온도에서 어닐링 될 수 있더라도, 어닐링 온도는 통상 1040 ℃ 이상이다. 온도에서 시간은 종종 형성 시 "오렌지 껍질"로 유도될 수 있는 그레인 성장을 최소화하거나 제어하도록 표면 스케일링을 짧게 유지한다.• Annealing (often referred to as liquid treatment) not only recrystallizes the work-hardened grain, but also retreats the chromium carbide (precipitated at the gray boundary in the sensitive steel) to the austenite solution. In addition, the treatment uniforms the dendritic weld metal structure, and all remaining stresses are relieved from the cold work. Although some forms may be annealed at a closely controlled temperature as low as 10 < 10 > C when fine grain size is important, the annealing temperature is typically above 1040 < 0 > C. Time at temperature often keeps surface scaling short to minimize or control grain growth that can be induced to " orange peel " upon formation.

예4. 용접된 리액터에서 핀 충격Example 4. Pin Impact in Welded Reactor

높은 어스펙비를 갖는 프레스 핏 핀을 구비한 파형은 직선인 것은 아니지만, 핀에 대한 몇몇의 굽힘 또는 굴곡부를 갖는다. 핀의 어느 하나의 측면 상에 2개의 솔리드 스트립과 접촉하여 압축된 후, 핀은 더욱 굽혀지거나 굴곡된다. 본 발명의 용접 리액터에서, 브레이즈 또는 접합과 달리, 핀은 인접 표면에 압박되어 인접면과 핀의 접촉 지점에서 접촉 저항 또는 열 저항이 된다. 방열 또는 흡열 반응에서, 반응열은 핀과 인접면 사이에서 전달된다. 프레스 핏과의 열접촉을 개선시키기 위해, 핀은 지지 에지 스트립보다 큰다. 핀이 외부 로드에 의해 압박 접촉됨으로써, 굴곡되거나 버클링된다. 핀이 굴곡됨에 따라, 본래의 강도가 유지되기 힘들다.A waveform with a press-fit pin with a high aspect ratio is not straight, but has some bending or bending on the pin. After being compressed in contact with the two solid strips on either side of the pin, the pin is further bent or bent. In the welding reactor of the present invention, unlike brazing or bonding, the fins are pressed against the adjacent surfaces and become contact resistance or thermal resistance at the contact points of the adjacent surfaces with the fins. In a heat or endothermic reaction, the heat of reaction is transferred between the pin and the adjacent surface. To improve thermal contact with the press fit, the fin is larger than the support edge strip. The pin is pressed and contacted by the outer rod, thereby being bent or buckled. As the pin is bent, the original strength is hard to maintain.

0.006"(0.015 cm) 두께 Cu110, 0.256"(0.64 cm) 높이의 프레스 핏 핀은 0.25"(0.63 cm) 높이의 에지 스트립에 대해 가압된다. 핀은 인접 열전달벽에 대해 가압될 때 보다 편심된다. 도 13의 사진에서, 수평선은 크로스 유동 열교환 채널을 밀봉하는 레이저 용접 라인의 상부에 핀이 놓여진 것으로 도시한다.A 0.006 "(0.015 cm) thick Cu110, 0.256" (0.64 cm) high pressed pit pin is pressed against an edge strip of 0.25 "(0.63 cm) height. The pin is eccentric when pressed against an adjacent heat transfer wall. In the picture of Figure 13, the horizontal line shows the pin placed on top of the laser welding line sealing the cross flow heat exchange channel.

예 1에서 설명한 프레스 핏 핀이 놀라울 정도로 양호하게 수행되면, 반응 중에 생성된 피셔 트롭쉬 액체 및 또는 수소로 작은 갭(약 5와 150 미크론 사이로 측정)의 충전 및 또는 열접촉 지점으로의 축방향 전도에 의한 조력을 포함하는 - 열전달벽에 보다 많은 열을 전달하는 구리 핀의 높은 열전도성의 조합의 결과 열전달벽으로부터 핀을 격리하는 레이저 용접 릿지를 갖지 않는 브레이즈 리액터의 성능과 맞먹는다. 액체오일 및 수소의 열전도성은 대부분의 가스보다 사실상 높으므로, 프레스 핏 핀과 열전달벽 사이의 열악한 접촉 저항의 영향을 저감시킨다. 또한, 매우 높은 열전도성을 갖는 구리를 사용하는 이점은 효율적인 축방향 전도가 핫 스팟을 빌드업하거나 또는 양호하지 못한 측면 반응을 생성하거나 더욱 심하게 하지 않지 않으면서 열전달 인터페이스로 열을 이동시키게 한다.If the press-fit pin described in Example 1 is surprisingly well performed, the filling of small gaps (measured between about 5 and 150 microns) with the Fischer Tropsch liquid and / or hydrogen produced during the reaction and / This is equivalent to the performance of a braze reactor that does not have a laser welded ridge that isolates the fins from the heat transfer wall as a result of a combination of high thermal conductivity of the copper fin that transfers more heat to the heat transfer wall, including assisted by the conduction. The thermal conductivity of the liquid oil and hydrogen is substantially higher than most gases, thus reducing the effect of poor contact resistance between the press-fit pin and the heat transfer wall. In addition, the advantage of using copper with very high thermal conductivity allows efficient axial conduction to transfer heat to the heat transfer interface without building hot spots or creating poor side reactions or making them worse.

2600 psi(17,926 kPa)의 로드는 스택에 인가되어 스택과 접촉하게 된다. 바람직한 범위의 로드가 핀의 높이, 피의 재료, 핀의 두께 및 개시 핀의 편심도에 따라 500 psi(3447 kPa)부터 500,000 psi(3,447,000 kPa)까지일 수 있다. 압축과 측면 바아 또는 에지스트립을 따르는 1차 TIG 용접이 완료된 후, 핀 접촉은 열전달 서브조립체와 이루어진다.A load of 2600 psi (17,926 kPa) is applied to the stack to contact the stack. A preferred range of loads may range from 500 psi (3447 kPa) to 500,000 psi (3,447, 000 kPa), depending on the height of the pins, the material to be peened, the thickness of the pins and the eccentricity of the initiation pin. After the primary TIG welding along the compression and side bars or edge strips is completed, the pin contact is made with the heat transfer subassembly.

예5. 서브조립체의 단위 면적 당 용접의 큰 레이저 용접 서브조립체 선형 밀도Example 5. Large laser welding subassembly linear density of weld per unit area of subassembly

본 예는 냉각 유동 방향으로 0.6 m 길이를 따라 진행하는 레이저 용접 라인을 갖는 24" x 24"(60 cm x 60 cm) 레이저 용접 서브조립체를 설명한다. 냉각액 채널들 사이에서 장치를 밀봉하기 위해 이러한 패널 상에 161개의 냉각액 채널과 162개의 레이저 용접부가 있고, 압력 하에서 조작 중에 설비의 변형을 방지하도록 구조적 지지부를 제공한다.This example illustrates a 24 " x 24 " (60 cm x 60 cm) laser welding subassembly having a laser welding line running along a length of 0.6 m in the direction of cooling flow. There are 161 coolant channels and 162 laser welds on these panels to seal the device between coolant channels and provide structural support to prevent deformation of the equipment during operation under pressure.

본 예에서, 표면적의 제곱미터 당 270-m의 선형 용접 밀도 또는 0.6 m x 0.6 m에서 97.2 m의 선형 용접이 있다. 이와 달리, 선형 밀도는 본 실시예에서 3600 cm2 사이즈에서 2.7 cm/cm2로서 설명된다. 본 실시예에서, 용접의 선형 밀도는 2.7 cm/cm2보다 크거나 또는 이 보다 작고, 바람직하게는 0.1 cm/cm2 내지 10 cm/cm2일 수 있다. In this example, there is a linear weld density of 270-m per square meter of surface area or a linear weld of 97.2 m at 0.6 mx 0.6 m. Alternatively, the linear density is described as 2.7 cm / cm 2 at 3600 cm 2 size in this embodiment. In this embodiment, the linear density of the weld is large or small, or may be more, preferably 0.1 cm / cm 2 to 10 cm / cm 2 than 2.7 cm / cm2.

예 6: 레이저 용접 레지스트레이션(registration)Example 6: Laser welding registration

도 14는 바닥판에 형성된 평행한 인접 냉각액 채널들 사이에서 리브의 상부와 접합되는 레이저 용접 라인을 도시한다. 레이저 용접부는 바닥 채널판을 상부판에 접합시킨다. 레이저 용접은 바닥 또는 채널판에 형성된 리브의 상부를 따라 인가된다. 본 예에서, 리브는 0.037"(0.093 cm)폭이고, 레이저 용접폭은 0.002"(0.005 cm)에서 0.01"(0.025 cm)까지 변화할 수 있다. 레이저 용접은 리브의 중간부에서 리브의 폭을 따르는 어느 한 측면 또는 아무 곳일 수 있다.Figure 14 shows a laser welding line that is joined to the top of the rib between parallel adjacent coolant channels formed in the bottom plate. The laser weld joins the bottom channel plate to the top plate. Laser welding is applied along the top of the ribs formed in the bottom or channel plate. In this example, the ribs are 0.037 "(0.093 cm) wide and the laser weld width can vary from 0.002" (0.005 cm) to 0.01 "(0.025 cm). It can be on either side or anywhere that follows.

예 7: 큰 FT 리액터 제조Example 7: Fabrication of large FT reactors

전 용접 피셔 트롭쉬 리액터 코어는 다른 냉각액 및 프로세스 부분의 이중층 조립체로서 우선적으로 세워진다. 이러한 설계의 특징은 독립형 유닛으로써 기계적 완전성(integrity)을 유지하는 방식으로 냉각액 서브조립체가 용접된다는 점이다. 이러한 서브조립체를 생성하는 하나의 프로세스는 각각의 채널들 사이에 용접부를 배치하고 리브에 평행하게 진행시킴으로써 상부 솔리드 심을 피쳐 심(featured shim)에 접합시키기 위해 레이저 용접을 사용하는 것에 의한 것이다. 요구된 기계적 완전성은 이러한 접근법으로 달성될 수 있다는 것이 증명되었다. 설명되어야 하는 제2 파라미터는 부분 평탄성이다. 이러한 방식으로 2개의 얇은 시트를 용접하는 것은 용접 스테인리스강과 합쳐진 재료의 수축으로 인해 현저한 서브조립체 변형을 야기할 수 있다. 서브조립체 변형은 복잡성을 부가시켜 피스를 재평탄화하거나 또는 변형된 피스를 취급하는 적층 프로세스에 적용하는데 노력이 필요하게 한다. The pre-welded Fischer Tropsch reactor core is preferentially built as a dual layer assembly of other coolant and process parts. A feature of this design is that the coolant subassembly is welded in a manner that maintains mechanical integrity as a stand-alone unit. One process for creating such a subassembly is by using laser welding to join the upper solid shim to the featured shim by placing welds between each of the channels and proceeding parallel to the ribs. The required mechanical integrity has proven to be achieved with this approach. The second parameter to be described is partial flatness. Welding of two thin sheets in this manner may cause significant subassembly deformation due to shrinkage of the welded stainless steel and the welded material. Subassembly deformation requires additional effort to add complexity to re-planarize the piece or to apply it to a lamination process that handles deformed pieces.

용접으로 인한 뒤틀림을 최소화하기 위해 발견된 한 가지 방법은 서브조립체의 전체 크기를 제한하는 것이다. 대략 6"(15 cm) 폭으로 제한된 채널들 사이의 24"(60 cm) 길이의 용접부를 결합하는 서브조립체를 사용함으로써 평탄성의 수용가능 레벨로 유지시키지만, 24"(60 cm)의 폭을 갖는 유사한 조립체는 아니다.[즉, 전체 부분이 6" x 24" vs 24" x 24",(15 cm x 60 cm vs 60 cm x 60 cm)이다] 또한, 복수의 이러한 6"(15 cm) 폭의 서브조립체는 함께 스티치 용접될 수 있어 합리적인 평탄성이 유지된다. 이러한 방식으로, 24" x 24"(60 cm x 60 cm) 평탄 서브조립체는, 24" x 24"(60 cm x 60 cm) 개시 부분으로부터 용접된 24" x 24"(60 cm x 60 cm) 서브조립체보다 사실상 평탄한 4개의 6" x 24"(15 cm x 60 cm) 서브조립체를 함께 스티치 용접함으로써 세워질 수 있다.One method that has been found to minimize warping is to limit the overall size of the subassembly. While maintaining a level of acceptable flatness by using subassemblies that combine 24 "(60 cm) long welds between channels limited by a width of approximately 6" (15 cm), they have a width of 24 "(60 cm) (I.e., the entire portion is 6 " x 24 ", 24 " x 24 ", (15 cm x 60 cm vs 60 cm x 60 cm) Subassemblies can be stitch welded together to maintain reasonable planarity. In this manner, a 24 "x 24" (60 cm x 60 cm) flat subassembly is 24 "x 24" (60 cm x 60 cm) welded from a 24 "x 24" (60 cm x 60 cm) Can be erected by stitch-welding four 6 "x 24" (15 cm x 60 cm) subassemblies that are substantially planar than subassemblies.

용접 서브조립체로 세워질 수 있는 다른 유용한 피쳐는 전체 FTR 용접 스택을 세우도록 사용 전에 누수 및 기계적 완정성에 대한 정확하게 체크하는 것이다. 이것은 초기 서브조립체를 약간 크게하고, 압력이 인가되는 포트를 부가하고, 레이저 용접 프로세스의 일부로서 서브조립체의 단부를 초기에 밀봉함으로써 달성될 수 있다. 이러한 압력 테스트는 유체정역학적 또는 공기압식일 수 있다. 개별적인 피스들이 용접되고 적합하게 된 이후, 서브조립체는 정확하게 6" x 24"(15 cm x 60 cm) 크기 절단하고 하나의 24" x 24"(60 cm x 60 cm) 냉각액 서브조립체를 형성하도록 채널의 4개의 6"(15 cm) 서브조립체를 함께 스티치 용접하고 채널의 유동 단부를 개방하는 트리밍 단계를 겪게 된다.Another useful feature that can be built into the weld subassembly is to precisely check for leaks and mechanical integrity prior to use to build up the entire FTR weld stack. This can be accomplished by slightly increasing the initial subassembly, adding a port to which pressure is applied, and initially sealing the end of the subassembly as part of the laser welding process. These pressure tests may be hydrostatic or pneumatic. After the individual pieces have been welded and fitted, the subassembly is cut to size precisely 6 "x 24" (15 cm x 60 cm) and to form one 24 "x 24" (60 cm x 60 cm) The four 6 " (15 cm) subassemblies of the stitches weld together and open the flow end of the channel.

이후, 최종 서브조립체는 주요 리액터 코어를 형성하도록 프로세스 사이에 상호배치된다. 적층 프로세스는 2"(5 cm) 두께 클램프판 그리고 1"(2.5 cm) 두께 단부판을 우선 아래로 내리고, 이후 교대식 냉각액 및 프로세스층으로 진행된다. 최종 냉각액 서브조립체, 상단부판 및 상부 클램프판을 배치시킴으로써 적층이 종료된다. 압력은 구리 파형을 예비 압축하도록 스택에 인가되어 모든 구성요소는 금속 대 금속 접촉 상태가 된다. 인가된 압력은 20 psi(138 kPa) 내지 500,000 psi(3447000 kPa)의 범위일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 20,000 psi(138 kPa 내지 138000 kPa), 더욱 바람직하게는 20 psi 내지 5,000 psi(138 kPa 내지 34474 kPa)의 범위일 수 있다. 이후, 스택은 인가된 압력을 해제하기 전 클램핑 시스템을 사용하여 제 위치에 고정된다. 클램핑 시스템은 코어 용접이 발생할 수 있도록 가압된 상태로 스택을 유지시킨다.The final subassembly is then interleaved between the processes to form the main reactor core. The lamination process first lowers the 2 "(5 cm) thick clamp plate and the 1" (2.5 cm) thick end plate, and then proceeds to the alternating coolant and process layers. The stack is terminated by disposing the final coolant subassembly, top plate, and top clamp plate. Pressure is applied to the stack to pre-compress the copper waveform so that all components are in metal-to-metal contact. The applied pressure may range from 20 psi (138 kPa) to 500,000 psi (3447000 kPa), preferably from 20 to 20,000 psi (138 kPa to 138000 kPa), more preferably from 20 psi to 5,000 psi To 34474 kPa). Thereafter, the stack is clamped in place using the clamping system before releasing the applied pressure. The clamping system maintains the stack in a pressurized state so that core welding can occur.

코어 용접은 주로 3가지 단계 즉, 2 개의 양 프로세스 면을 보강 용접부를 부가하는 단계와, 양 냉각액면에 밀봉 용접을 부가하는 단계와, 바이패스를 방지하도록 각각의 프로세스면에 2개의 단부판 밀봉 용접을 부가하는 단계로 구성된다. 리액터는 가능한 한 최상으로 코너 내에서의 열접촉을 보장하도록 각각의 용접 단계 중에 클램프 상태로 남겨진다. 3개의 용접 단계 중 각각의 단계는 고유의 목적을 수행하는 것을 알아야 한다. 프로세스면에 발생하는 보강 용접이 우선 적용되고 전체 스택에 다른 2개의 용접 단계뿐만 아니라 연속 제조 단계 중 코어가 용이하게 조작(상승, 회전 또는 다른 방향성)될 수 있기에 충분한 기계적 강도를 제공한다. 2개의 냉각액면에서 발생되는 밀봉 용접은 리액터 내에서 (냉각액으로 또는 그 반대로의 프로세스) 내부 크로스(cross) 누수를 보호하는 주요한 용접이다. 단부판 용접은 상부 및 바닥 단부판에 최외측 냉각액 서브조립체를 밀봉하는 데 사용된다. 크로스 누수를 피하기 위해 냉각액면이 밀봉되더라도, 이들 부분들 사이에서 프로세스 가스 이동을 피하기 위해 프로세스면에도 밀봉되어야 하여 촉매 베드를 바이패스시킨다. 촉매는 핀 조립체 이후 프로세스 핀들 사이에서 리액터로 로드된다는 점을 알아야 한다.Core welding consists mainly of three steps: adding two weld seams to both process surfaces, adding sealing welds to both cooling surfaces, and applying two end plate seals to each process face to prevent bypass And adding welding. The reactor is left in a clamped state during each welding step to ensure the best possible thermal contact within the corners. It should be noted that each of the three welding steps performs its own purpose. The reinforcement welds that occur on the process side are applied first and provide sufficient mechanical strength to allow the core to be easily manipulated (raised, rotated or otherwise directed) during the subsequent fabrication steps as well as the other two weld steps on the entire stack. Sealing welding occurring on two cooling liquid surfaces is the primary welding that protects the internal cross leakage in the reactor (process to coolant or vice versa). End plate welding is used to seal the outermost coolant subassembly to the top and bottom end plates. Even if the cooling liquid surface is sealed to avoid cross leakage, it must also be sealed to the process surface to bypass the catalyst bed to avoid process gas transfer between these parts. It should be noted that the catalyst is loaded into the reactor between the process pins after the pin assembly.

코어가 조립체에 용접되기 전에, 리액터는 사실상 누수가 없어야 한다. 용접 리액터는 임의의 현저한 내압을 견디도록 아직 준비되지 않아, 클램핑 기구의 볼트가 지지부를 제공하는 데 사용될 수 있다. 리액터 코어가 적합하게 되면, 냉각액 헤더 용접부가 제 위치를 갖도록 진행하다. 이러한 단계가 수행되면, 바람직하거나 또는 정당하게 되면 냉각액 측 유동 테스트를 통과할 수 있다. 이후, 대응 냉각액 풋터가 제 위치에 용접된다. 냉각액 매니폴드들 모두는 조작에 적합하고 리액터의 외부 지지 시스템의 기반의 일부를 제공한다.Before the core is welded to the assembly, the reactor should be practically free of leaks. The welding reactor is not yet prepared to withstand any significant internal pressure, so that the bolts of the clamping mechanism can be used to provide support. Once the reactor core is fitted, the coolant header welds proceed to have their positions. Once these steps are performed, they can pass coolant side flow tests if they are desired or justified. The corresponding coolant footer is then welded in place. All of the coolant manifolds are suitable for operation and provide a portion of the base of the reactor's external support system.

냉각액 서브조립체를 제외하고, 전 용접은 코어의 주변부에서 이루어지기 때문에, 리액터는 압력 유동된 로드로 인해 상부 및 바닥 단부판을 편향시키지 않으면서 현저한 내부 프로세스압을 견딜 수 없어 리액터는 흐름 상태에서의 조작 상태를 달성할 수 없다. 리액터에 기계적 완전성을 부여하기 위해, 외부 지지부의 시스템(외골격)은 리액터 코어 주위에 용접된다. 이러한 지지부는 내부 프로세스압을 균형잡히게 하도록 설계되어 상부 및 바닥판의 임의의 압력 유도식 편향을 수용가능한 레벨로 제어한다. 외부 지지부는 리액터의 상부 및 바닥 단부판 모두를 가로질러 용접된 뒤 상부부터 바닥까지 용접된 보강재로서 작용한다. 내부 압박에 의해 생성된 임의의 로드를 균형 잡아 다르게 발생되는 임의의 변형을 방지한다. 리액터를 가로질러 걸쳐진 복수의 세트와의 키보다 두께가 작다.(도 15 참조) 바람직하게, 각각의 보강 요소는 두께보다 적어도 3배, 바람직하게는 적어도 5배 크다.(크다는 것은 적층 방향에서의 높이를 언급한 것이다) 몇몇 실시예에서, 지지부의 세트들 사이의 간격 뿐만 아니라 두께 및 높이는 균형잡힌 프로세스 로드를 기초로 결정된다. 일 예에서, 지지부 세트들 사이의 간격은, 대략 3" 간격을 갖는 상부와 바닥 단부판을 가로질러 대략 8" 높이로 연장되는 0.75 인치 두께의 스테인리스강판으로부터 생성된다. 최종 적합성 판단 단계로서, 코어는 프로세스면 상에 용접된 일시적인 매니폴드를 가질 수 있고, 리액터가 디자인 기준에 부합하는 지를 확인하기 위한 고압 테스트된다. 이러한 단계 이후, 프로세스 매니폴드는 제거되고 코어는 촉매 로딩을 위해 예비된 후 최종 프로세스 매니폴드가 제 위치에 용접될 수 있다Because the pre-weld is made at the periphery of the core, with the exception of the coolant subassembly, the reactor can not withstand the intrinsic process pressures without deflecting the top and bottom end plates due to the pressure-loaded rod, The operating state can not be achieved. To impart mechanical integrity to the reactor, the system of the external support (exoskeleton) is welded around the reactor core. This support is designed to balance the internal process pressures to control any pressure-induced deflection of the top and bottom plates to an acceptable level. The outer support acts as a stiffener that is welded across both the top and bottom end plates of the reactor and then welded from top to bottom. It balances any load created by internal compression and prevents any other deformation that occurs. (See Fig. 15). Preferably, each reinforcing element is at least three times thicker, preferably at least five times greater than the thickness. (Larger is the thickness of the reinforcing element in the stacking direction. In some embodiments, the thickness and height as well as the spacing between sets of supports are determined based on a balanced process load. In one example, the spacing between sets of supports is produced from a 0.75 inch thick stainless steel plate extending approximately 8 " high across the top and bottom end plates with approximately 3 " spacing. As a final conformity determining step, the core may have a temporary manifold welded on the process side and subjected to high pressure testing to ensure that the reactor meets design criteria. After this step, the process manifold is removed and the core can be welded in place after the final process manifold has been reserved for catalyst loading

도 16은 4개의 6" x 24"(15 cm x 60 cm) 서브조립체를 나란히 배치하고 24" x 24"(60 cm x 60 cm) 조립체로 접합시키기 위해 몇몇 위치에 용접된 예를 도시한다. 스팟 용접은 연속 용접이 보다 많은 변형을 초래하기 때문에 이러한 방식으로 서브조립체에 접합되는 것이 바람직하다.Figure 16 shows an example in which four 6 " x 24 " (15 cm x 60 cm) subassemblies are arranged side by side and welded at several locations to bond with a 24 "x 24" (60 cm x 60 cm) assembly. Spot welding is preferably bonded to subassemblies in this manner because continuous welding results in more deformations.

예 8Example 8

예 8의 장치는 2개의 유체 스트림들 사이의 크로스 유동 열전달을 제공하는 용접 리액터 또는 장치이다. 이와 다른 유동 구성이 사용될 수 있지만, 특정하게 설명한 예는 크로스 유동이다. 장치의 완전성 또는 억제를 손상시키지 않으면서 장치의 내부 통로의 압력을 저압 외부 환경에 대해 상대적으로 허용하기 위한 장치의 외측에 외부 지지부가 어레이로 용접된다.(도 17 참조) 외부 지지부의 "외골격" 또는 어레이는 장치가 외부 환경과 차이나는 고압을 견디게 한다. 장치는 외부 지지부를 구비한 304L 스테인리스강으로 구성된다. 외골격의 사용은, 외부압 용기의 사용없이 열교환 적용 또는 고압 적용 또는 피셔 트롭쉬 반응 및 다른 반응용 용접 리액터의 조작을 허용한다. 장치는 본 발명의 리액터 또는 장치를 둘러싸는 고압 유체를 갖는 용기 외압의 존재에 의해 압축과 다른 텐션 상태가 된다.The apparatus of Example 8 is a welding reactor or apparatus that provides cross flow heat transfer between two fluid streams. Although other flow arrangements may be used, the particular illustrative example is cross flow. The outer support is welded to the outside of the device to allow the pressure of the inner passageway of the device relative to the low pressure outside environment without compromising the integrity or restraint of the device (see Figure 17). Or the array allows the device to withstand high pressures that are different from the external environment. The device consists of 304L stainless steel with an external support. The use of the exoskeleton permits the application of heat exchange without the use of an external pressure vessel or the operation of high pressure applications or Fischer Tropsch reactions and other reaction weld reactors. The device is in a tensioned state different from compression due to the presence of the external pressure of the container having the high-pressure fluid surrounding the reactor or the apparatus of the present invention.

예 8의 61 cm x 61 cm x ~6.5 cm 장치 코어는 첨부한 출원서에서 설명한 바와 같이 주변부 주위에 용접된 층으로 구성된다. 외부 지지부는 단부 근처에서 약 14 cm의 그리고 61 cm x 61 cm 면에 인접한 영역에서 약 17 cm의 폭을 갖고, 1.9 cm 두께와 105 cm 길이다. 지지부는 (2열의 크로스 부재가 약 60 cm 이격되도록) 각각의 장치를 따라 지지부 사이에 놓여진 1.9 cm 두께의 크로스 부재를 갖고 10.2 cm 이격(중심 대 중심)된다. 외부 지지부와 크로스 부재 사이의 용접은 완전 침투 베벨 용접이다. The 61 cm x 61 cm x 6.5 cm device core of Example 8 consists of a layer welded around the periphery as described in the appended application. The outer support is about 14 cm in width near the end and about 17 cm in width in the area adjacent to the 61 cm x 61 cm side, 1.9 cm thick and 105 cm long. The support is 10.2 cm apart (center-to-center) with a 1.9 cm thick cross member positioned between the supports along each device (so that the two rows of cross members are spaced about 60 cm apart). The welding between the outer support and the cross member is a full penetration bevel welding.

유체정역학적 테스트가 프로세스 스트림 유동 회로에 먼저 수행된다. (도 18에 그래프로 도시한) 사용된 절차는 다음과 같다.A hydrostatic test is first performed on the process stream flow circuit. The procedure used (shown graphically in Figure 18) is as follows.

1. 약 690kPa(psig)에서 질소로 압력 테스트 중에 기선 누수량을 측정1. Measure baseline leaks during pressure test from nitrogen at about 690 kPa (psig)

2. [랩 알리안스(Lab Alliance) HPLC "예비 펌프"가 사용된 예에서] 펌프를 사용하여 장치에 물을 충전2. [In the example where Lab Alliance HPLC "spare pump" is used] The pump is used to charge the device with water

3. ~300-400 kPa/분의 속도로 대기압(즉, <450 kPa)에서 ~3300 kPa(464 psig)까지 압력 상승을 위해 펌프 사용3. Pump used for pressure rise from atmospheric pressure (ie, <450 kPa) to ~ 3300 kPa (464 psig) at a rate of ~ 300-400 kPa / min

4. ~50-100 kPa/분의 속도로 ~3000 kPa(420 psig) 이하까지 압력의 하강4. Pressure drop to ~ 3000 kPa (420 psig) at a rate of ~ 50-100 kPa / min

5. ~50~100 kPa/분의 속도로 ~3000 kPa(420 psig)로부터 ~3700 kPa(522 psig)까지의 압력 상승을 위해 펌프를 사용5. Pumps used for pressure rises from ~ 3000 kPa (420 psig) to ~ 3700 kPa (522 psig) at speeds of ~ 50-100 kPa / min.

6. ~100~150 kPa/분의 속도로 ~3700 kPa로부터 >6000 kPa(855 psig)까지의 압력 상승을 위해 펌프를 사용6. Pump used to increase pressure from ~ 3700 kPa to> 6000 kPa (855 psig) at a rate of ~ 100 to 150 kPa / min.

7. ~250-300 kPa/분의 속도로 ~5300 kPa(754 psig) 이하까지 압력의 하강7. Lowering the pressure to ~ 5300 kPa (754 psig) at a rate of ~ 250-300 kPa / min

8. 주변 상태가 도달하여 물이 장치로부터 배출될 때까지 압력을 계속 하강8. Continue to descend the pressure until the ambient conditions are reached and water is drained from the unit

9. 단계 1을 반복9. Repeat step 1

이후, 두번째 유체정역학적 테스트가 냉각액 스트림 유동 회로에 수행된다. (도 19에 그래프로 도시한) 사용된 절차는 다음과 같다.A second hydrostatic test is then performed on the cooling fluid stream flow circuit. The procedure used (shown graphically in Figure 19) is as follows.

10. [랩 알리안스(Lab Alliance) HPLC "예비 펌프"가 사용된 예에서] 펌프를 사용하여 장치에 물을 충전10. [In the example where Lab Alliance HPLC "spare pump" is used] Charge the device with water using a pump

11. ~2000-2500 kPa/분의 속도로 대기압(즉, <250 kPa)에서 ~3500 kPa(495 psig)까지 압력 상승을 위해 펌프 사용11. Pump used for pressure rise from atmospheric pressure (ie <250 kPa) to ~ 3500 kPa (495 psig) at a rate of ~ 2000-2500 kPa / min

12. ~800-900 kPa/분의 속도로 ~3500 kPa부터 >6000 kPa(855 psig)까지 압력t상승을 위해 펌프를 사용12. Pump used to increase pressure t from ~ 3500 kPa to> 6000 kPa (855 psig) at speeds of ~ 800-900 kPa / min.

13. ~400 kPa/분의 속도로 5200 kPa(740 psig) 이하까지 압력의 하강13. A pressure drop of less than 5200 kPa (740 psig) at a rate of ~ 400 kPa / min

14. 주변 상태가 도달하여 물이 장치로부터 배출될 때까지 압력을 계속 하강14. Continue to lower the pressure until the ambient conditions are reached and water is drained from the unit

15. 약 690 kPa(100 psig)의 누수량을 다시 체크하여 기선압력 테스트 누수량과 비교15. Compare the leakage of approximately 690 kPa (100 psig) with the baseline pressure test leakage

냉각액 및 프로세스 회로의 유체정역학적 테스트는 상기 프로토콜을 사용하여 수행된다. 장치에는 유체정역학적 테스트 중에 기계적인 손상의 표시는 없다. 냉각액 회로에서의 690 kPa(100 psig) 초기압으로 15분 이상 압력을 하강시키면서 측정한 이러한 유체정역학적 테스트 전후 냉각액 회로로부터 프로세스 회로까지의 누수량은 각각 0.6 kPa(0.09 psig) 및 21 kPa(3.05 psi)이다. 장치는 이후 용접을 통해 수리되고, 냉각액으로부터 프로세스 회로로의 누수량은 690 kPa(100 psig) 초기압으로 15분 이상 2.2 kPa(0.32 psi) 압력 하강으로서 측정된다. 수리 용접은 파이버 레이저를 사용하여 수행된다. 이와 달리, TIG, MIG 또는 다른 종래의 용접 방법이 사용될 수 있다.Hydrostatic testing of the coolant and process circuit is performed using the above protocol. The device has no indication of mechanical damage during hydrostatic testing. The leakage from the coolant circuit to the process circuit before and after this hydrostatic test, measured with a pressure drop of more than 15 minutes at 690 kPa (100 psig) at the coolant circuit, was 0.6 kPa (0.09 psig) and 21 kPa )to be. The device is then repaired by welding and the amount of leakage from the coolant to the process circuit is measured as a pressure drop of 2.2 kPa (0.32 psi) for at least 15 minutes at an initial pressure of 690 kPa (100 psig). Repair welding is performed using a fiber laser. Alternatively, TIG, MIG or other conventional welding methods may be used.

용접 리액터 코어는 레이저 용접 냉각액 서브조립체로부터 조립되고 최종 리액터에 용접된다. 이후, 리액터는 고압 서비스를 수행하는 외골격으로 연속하여 수용된다. 피셔 트롭쉬 리액터에 대해, 유체정역학적 압력 테스트는 855 psig(5895 kPa)이다. 이와 달리, 높거나 낮은 유체적역학적 압력 테스트는 최종 원하는 조작 조건에 따라 피셔 트롭쉬 서비스에 사용된다. 본 예에서 설명한 유체정역학적 테스트는 562 psig(3875 kPa)의 피크 설계 압력 및 250 C의 피크 설계 온도에서 리액터가 서비스하기에 적합하게 한다. 조작 온도 및 압력은 조작 안정성의 마진(margin)을 허용하도록 피크 설계 압력보다 낮다. 피셔 트롭쉬 리액터에 대한 양호하게 높은 조작 압력을 위해, 도 17에 도시된 바와 같은 외부 지지부의 간격은 리액터가 높은 조작 압력에 적합하도록 감소되고 부가의 지지부를 부가한다.The weld reactor core is assembled from the laser welding coolant subassembly and welded to the final reactor. Thereafter, the reactor is continuously housed in an exoskeleton that performs high-pressure service. For the Fischer-Tropsch reactor, the hydrostatic pressure test is 855 psig (5895 kPa). Alternatively, high or low fluid dynamic pressure testing is used for Fischer Tropsch services according to the final desired operating conditions. The hydrostatic test described in this example makes the reactor suitable for service at peak design pressures of 562 psig (3875 kPa) and peak design temperatures of 250 ° C. The operating temperature and pressure are lower than the peak design pressure to allow margins of operational stability. For a preferably high operating pressure on the Fischer-Tropsch reactor, the spacing of the outer support as shown in Fig. 17 is reduced and the additional support is added to accommodate the higher operating pressure of the reactor.

고온 또는 압력에서 조작될 때 다른 반응이 본 발명의 외골격에 의해 가능하지만, 보다 밀집하게 이격된 부가적인 지지부가 필요로 된다. 이와 달리, 요구 프로세스 설계 압력 또는 온도가 낮아지면, 보다 희박한 밀도의 용접 지지 바아가 사용된다. 본 발명의 용접 리액터는 압력 억제 용기 내에 배치되지 않거나 또는 브레이즈 또는 접합 리액터 코어를 갖지 않으면서 고온 및 고압에서 조작될 수 있다.When operated at high temperature or pressure, other reactions are possible with the exoskeleton of the present invention, but more densely spaced additional supports are required. Alternatively, as the desired process design pressure or temperature is lowered, a welding support bar of a leaner density is used. The welding reactor of the present invention can be operated at high temperature and high pressure without being placed in a pressure suppression vessel or without a brazed or bonded reactor core.

본 발명의 외골격은 리액터 또는 장치가 유체정역학적 테스트를 통과하게 하고, 리액터의 높은 내압과 낮은 외압은 기계적 완전성을 유지시킨다.The exoskeleton of the present invention allows the reactor or device to pass hydrostatic testing and the high and low external pressures of the reactor maintain mechanical integrity.

예9 - 누수 테스트Example 9 - Leak test

전 용접 장치 누수 체크 테스트Pre-welder leak check test

요약summary

전 용접 FT 장치는 프로세스 및 냉각액 양측모두에서 독립적으로 100 psig(690 kPa)을 포함하고 누수가 공기역학적으로 체크된다. 몇몇 실시예에서, 누수 체크 압력은 200 psig(1380 kPa), 또는 500 psig(3450 kPa)만큼 높을 수 있고, 일 실시예에서는 1000 psig(6900 kPa)만큼 높을 수 있다. 시간의 경과에 따른 압력 하강은, 임의의 누수 위치를 식별하도록 장치 누수 및 인터페이스가 스눕(누수-테스트)되었는 지를 결정하도록 기록된다. 어느 한 측의 압축을 허용하도록, 개스킷 헤드 및 풋터는 모든 나사식 클램핑 셋업을 통해 장치에 고정된다. 이러한 장치는 10-20 psig(90-180 kPa)의 증분으로 압축되고, 각각의 증분 이후 멈춰, 압력 하강 속도를 체크하고, 장치 내에서의 임의의 누수를 식별하고 누수에 대한 모든 개스킷 및 피팅을 체크한다.The full weld FT unit contains 100 psig (690 kPa) independently on both the process and the coolant, and the leak is aerodynamically checked. In some embodiments, the leak check pressure may be as high as 200 psig (1380 kPa), or 500 psig (3450 kPa), and in one embodiment as high as 1000 psig (6900 kPa). The pressure drop over time is recorded to determine if device leaks and interfaces have been snooped (leak-tested) to identify any leak location. To allow compression on either side, the gasket head and footer are secured to the device via all threaded clamping setups. These devices are compressed in increments of 10-20 psig (90-180 kPa), stop after each increment, check the pressure drop rate, identify any leaks in the device, and check all gaskets and fittings for leaks Check.

예 10. 피셔 트롭쉬 및 다른 화학을 위한 본 발명의 리액터에 의해 가능한 울트라-톨(ultra-tall) 핀Example 10. An ultra-tall pin available by the reactor of the present invention for Fischer-Tropsch and other chemistries.

최종 장치 조립체를 형성하도록 냉각액 서브조립체에 인접하게 (핀 구조체를 포함하는) 프로세스층이 위치되는 전 용접 리액터는 울트라 톨 핀을 구비한 것을 포함하는 종래의 프로세스층의 사용을 허용한다. 울트라 톨 핀은 브레이즈 또는 접합 중에 새그, 변형과 같은 문제를 발생시키고, 접합 또는 프레이징 프로세스 중에 구조적 지지체가 있다면 작아지거나 또는 사용이 가능하다면 - 사용 전에 고정구 또는 직선유지부를 필요하는 최종 구조체를 갖는다. 브레이징 또는 접합 후 (약 0.5 in 또는 1.25 cm 이상인) 울트라 톨 핀으로부터의 과도한 변형은 장치를 사용 못하게 한다.A pre-weld reactor in which a process layer (including a fin structure) is positioned adjacent to a coolant subassembly to form a final device assembly allows the use of conventional process layers including those with ultra-toll pins. Ultra-tin fins have problems such as sagging and deformation during brazing or bonding, and if the structural support is small or available during the bonding or framing process, it will have a final structure that requires fixtures or straight holders before use. Excessive deformation from ultra-tin pins after brazing or bonding (about 0.5 in. Or 1.25 cm or more) will render the device unusable.

경우 A : 핀 높이 0.0225"(0.5625)Case A: Pin height 0.0225 "(0.5625)

피셔 트롭쉬 반응은 마이크로채널에서 수행된다. 마이크로채널 리액터는 FT 촉매로 패킹된 복수의 평행 프로세스 패널을 포함한다. 반응열은 프로세스 채널들 사이의 냉각액 채널에 의해 제거되고, 냉각액은 물이다. 촉매 베드 내측에서 생성된 반응열의 제거는 매립된 핀 구조체에 의해 개선된다. 프로세스 채널 내측의 연속 핀은 일련의 평행 유로를 형성한다. 본 예에서, 핀은 구리 110로 제조된다. 프로세스 채널 높이는 0.225"(0.5625 cm)이고 길이는 23"(57.5 cm)이다. 핀은 동일한 길이를 갖고 인접 핀 리브들 사이의 간격은 0.04"(0.1 cm)이고 핀 두께는 0.006"(0.015 cm)이다. 핀과 프로세스 채널벽 사이에는 접촉 저항이 없다. 프로세스 채널벽 두께는 0.02"(0.05 cm)이고, 스테인리스강으로 제조된다.The Fischer-Tropsch reaction is performed in a microchannel. The microchannel reactor includes a plurality of parallel process panels packed with an FT catalyst. The heat of reaction is removed by the coolant channel between the process channels, and the coolant is water. The elimination of the reaction heat generated inside the catalyst bed is improved by the buried fin structure. The continuous fins inside the process channel form a series of parallel flow paths. In this example, the pin is made of copper 110. The process channel height is 0.225 "(0.5625 cm) and the length is 23" (57.5 cm). The pins have the same length and the spacing between adjacent pin ribs is 0.04 " (0.1 cm) and the pin thickness is 0.006 " (0.015 cm). There is no contact resistance between the pin and the process channel wall. The process channel wall thickness is 0.02 " (0.05 cm), and is made of stainless steel.

프로세스 채널은 Co 촉매의 소정량을 포함하고, 제1 예에서 설명한다. 촉매 베드의 공극률(void fraction)은 거의 0.4이고, 유효 열도전성은 거의 0.3 W/m-K이다. 촉매 로딩은 1060 kg/m3이다.The process channel includes a predetermined amount of the Co catalyst and is described in the first example. The void fraction of the catalyst bed is approximately 0.4 and the effective thermal conductivity is approximately 0.3 W / m-K. The catalyst loading is 1060 kg / m &lt; 3 &gt;.

복합 TF 반응이 6 체적 반응과 네트워크된 간단화된 반응으로서 모델링된다.(도 5 참조) 속도 표현에서의 파라미터(표 6)은 랩 스케일 TF 리액터에서의 촉매 테스트 데이터를 사용하여 회구된다.The complex TF reaction is modeled as a networked simplified reaction with a six-volume reaction (see FIG. 5). The parameters in the velocity representation (Table 6) are pumped using the catalyst test data in a lab scale TF reactor.

표5 FT 반응 및 운동Table 5 FT Reaction and Exercise

Figure 112013041740789-pct00003
Figure 112013041740789-pct00003

표6 속도식에서의 파라미터Table 6 Parameters in speed equation

Figure 112013041740789-pct00004
Figure 112013041740789-pct00004

이것은 FT 리액터 모델에 사용된 조작 조건이다.This is the operating condition used in the FT reactor model.

● 프로세스 채널벽 상의 온도 : 230 C● Temperature on the process channel wall: 230 C

● 촉매 베드의 시작 압력 : 412 psig(2840 kPa)● Starting pressure of catalyst bed: 412 psig (2840 kPa)

● 공급되는 H2/CO 비 : 2:1● Supplied H2 / CO ratio: 2: 1

● 공급되는 질소 희석율 : 31.3%(vol)● Supplied nitrogen dilution rate: 31.3% (vol)

● 프로세스 공급은 채널벽과 동일한 오도가 되도록 예열된다.• The process feed is preheated to the same degree as the channel wall.

● 공급 유량은 0.04"(0.1 cm) x 0.225"(0.563 cm) x 23"(57.5 cm)의 하나의 유닛 촉매 패킹 이상 : 1197 SCCM. 촉매 체적을 기초로 산출된 접촉 시간은 0.17초이다.● The feed flow rate is 0.097 "(0.1 cm) x 0.225" (0.563 cm) x 23 "(57.5 cm) one unit catalyst packing over: 1197 SCCM The contact time calculated based on catalyst volume is 0.17 second.

도 20에는 리액터 길이의 함수로 예상된 촉매 베드 온도가 도시된다. 온도는 커브의 피크가 촉매 베드의 최대 온도로 나타내어지도록 촉매 베드의 중심을 따라 샘플링된다. 이러한 경우, 239C이고 촉매 베드의 시작부터 짧은 거리에 위치된다. CO 변환은 76.0%로 예상되고 메탄 선택도는 15.3%이다.Figure 20 shows the expected catalyst bed temperature as a function of reactor length. The temperature is sampled along the center of the catalyst bed such that the peak of the curve is represented by the maximum temperature of the catalyst bed. In this case, it is 239C and is located a short distance from the beginning of the catalyst bed. CO conversion is expected to be 76.0% and methane selectivity is 15.3%.

경우 B: 핀 높이 0.5"(1.25 cm)Case B: Pin height 0.5 "(1.25 cm)

피셔 트롭쉬 반응은 마이크로채널 리액터에서 수행된다. 리액터 구성은 경우 A에서의 리액터와 유사하다. 단지 상이한 점은 프로세스 채널 및 구리 핀 높이가 0.5"(1.25 cm)이다는 점이다. 정상 0.5"(1.25 cm) 핀 높이에 대해, 개시 핀 높이는 정상 0.5"(1.25 cm) 높이 측면 바아 또는 에지 스트립 또는 p-스트립 다음에 위치하는 0.051"(1.253 cm)와 0.052"(0.13 cm) 사이의 범위, 바람직하게는 0.504"(1.26 cm)와 0.510"(1.275 cm) 사이의 범위일 것으로 예상된다.The Fischer-Tropsch reaction is performed in a microchannel reactor. The reactor configuration is similar to the reactor in case A. The only difference is that the process channel and copper fin height is 0.5 "(1.25 cm). For normal 0.5" (1.25 cm) pin heights, the starting pin height is normal 0.5 "(1.25 cm) Or between 0.051 "(1.253 cm) and 0.052" (0.13 cm), preferably between 0.504 "(1.26 cm) and 0.510" (1.275 cm), located after the p-strip.

본 예에서, 조작 상태는, 0.17초의 동일한 반응 접촉 시간을 유지시키기 위해 전체 촉매 로딩 체적에 따라 공급 유량이 증가한다는 점을 제외하고는, 동일하다. 유량은 2661 SCCM이다.In this example, the operating conditions are the same, except that the feed flow rate increases with the overall catalyst loading volume to maintain the same reaction contact time of 0.17 seconds. The flow rate is 2661 SCCM.

본 예에서는 동일한 촉매 및 동역학이 사용된다. 촉매 베드의 특성은 경우 A에서 사용된 것과 동일하다.The same catalyst and dynamics are used in this example. The characteristics of the catalyst bed are the same as those used in case A.

도 21에는 리액터 길이의 함수로서 예상된 촉매 베드 온도가 도시된다. 온도는 커브의 피크가 촉매 베드의 최대 온도로 나타내어지도록 촉매 베드의 중심을 따라 샘플링된다. 이러한 경우, 246℃이고 촉매 베드의 시작부터 짧은 거리에 위치된다. CO 변환은 81.9%에서 예상되고 메탄 선택도는 17.0%이다. CO 변환이 약 76%보다 작고 대응 선택도 측정은 예상된 17%보다 약간 적을 것으로 예견되도록 스팀측 압력에 의해 구동될 때 조작 온도는 226 ℃ 내지 229 ℃로 약간 감축된다는 점이 조작식으로 예견된다. 전체적으로, 리액터는 0.5"(1.25 cm) 핀 높이로 열 제어되는 것으로 예견된다. 본 발명의 전 용접 리액터는 피쳐 트롭쉬 리액터에 대해 0.5"(1.25 cm) 구리 핀 높이를 수용할 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 점은 피쳐 트롭쉬 또는 브레이즈 리액터용 스테인리스강 중 어느 하나를 수용할 수 없게 울트라 톨 핀[0.25"(0.625 cm) 이상]을 이동시킨다. 브레이즈 리액터로부터의 울트라 톨 핀은 고온 및 높은 로드 브레이징 프로세스 중에 현저하게 압축되고 붕괴된다. 전 용접 리액터 플랫폼의 사용은 톨 핀 및 울트라 톨 핀 피셔 트롭쉬 리액터에 보다 많은 이점을 부여한다.Figure 21 shows the expected catalyst bed temperature as a function of reactor length. The temperature is sampled along the center of the catalyst bed such that the peak of the curve is represented by the maximum temperature of the catalyst bed. In this case, it is 246 ° C and is located a short distance from the start of the catalyst bed. CO conversion is expected at 81.9% and methane selectivity is 17.0%. It is anticipated that the operating temperature will be slightly reduced from 226 캜 to 229 캜 when driven by the steam side pressure so that the CO conversion is less than about 76% and the corresponding selectivity measurement is expected to be slightly less than the expected 17%. Overall, the reactor is expected to be thermally controlled to a 0.5 "(1.25 cm) fin height. The pre-weld reactor of the present invention is expected to be able to accommodate a copper pin height of 0.5" (1.25 cm) for a featured reactor . This translates to ultra-tall pins [0.25 "(0.625 cm) or more) inability to accommodate any of the stainless steels for featuretrops or braze reactors. Ultratolfine from the braze reactor is a high temperature and high load brazing process The use of a pre-welded reactor platform gives more advantages to the toll pin and the ultra-toll pin Fischer Tropsch reactor.

경우 C: 핀 높이 1"(2.5 cm)Case C: Pin Height 1 "(2.5 cm)

피셔 트롭쉬 반응은 마이크로채널 리액터에서 수행된다. 리액터 구성은 경우 A에서의 리액터와 유사하다. 단지 상이한 점은 프로세스 채널 및 구리 핀 높이가 1.0"(2.5 cm)이다는 점이다. The Fischer-Tropsch reaction is performed in a microchannel reactor. The reactor configuration is similar to the reactor in case A. The only difference is that the process channel and copper fin height is 1.0 "(2.5 cm).

본 예에서, 조작 상태는, 0.17초의 동일한 반응 접촉 시간을 유지시키기 위해 전체 촉매 로딩 체적에 따라 공급 유량이 증가한다는 점을 제외하고는, 동일하다. 유량은 5321 SCCM이다.In this example, the operating conditions are the same, except that the feed flow rate increases with the overall catalyst loading volume to maintain the same reaction contact time of 0.17 seconds. The flow rate is 5321 SCCM.

본 예에서는 동일한 촉매 및 동역학이 사용된다. 촉매 베드의 특성은 경우 A에서 사용된 것과 동일하다.The same catalyst and dynamics are used in this example. The characteristics of the catalyst bed are the same as those used in case A.

도 22에는 리액터 길이의 함수로서 예상된 촉매 베드 온도가 도시된다. 온도는 커브의 피크가 촉매 베드의 최대 온도로 나타내어지도록 촉매 베드의 중심을 따라 샘플링된다. 이러한 경우, 600 C 이상이다. 촉매량이 경우 A에서 TF 반응기에서의 것보다 거의 4배이므로, 각각의 핀 리브를 통과하는 전체 반응열은 동일한 스케일링 요인에 의해 증가된다. 반응열의 이러한 레벨에서, 구리 리브 내측의 낮은 열전달 저항은 중요하다. 이것은 중앙으로부터 에지까지 중요한 핀 온도 변동으로부터 알 수 있다. 촉매 베드의 큰 부분에서의 고온에 의해, CO 변환은 90% 이상으로 예상되고 메탄 선택도는 짧은 핀 높이의 경우에서보다 현저하게 높다. 이러한 방열 타입에서 TF 촉매는 신속하게 비활성화되고 방열이 버닝 시가(burning cigar)에 많은 유사한 축방향 위치에서 하류로 계속 이동하는 것으로 예견된다. FT 촉매를 버닝 아웃한 후에, 전체 변환은 낮고(유사한 유동, 온도 및 압력 조건에서 패스 당 40%보다 작다), 대응 메탄은 높다.(10%보다 크다)Figure 22 shows the expected catalyst bed temperature as a function of reactor length. The temperature is sampled along the center of the catalyst bed such that the peak of the curve is represented by the maximum temperature of the catalyst bed. In this case, it is 600 C or more. Since the amount of catalyst is almost four times that in the TF reactor at A, the total heat of reaction through each pin rib is increased by the same scaling factor. At this level of reaction heat, a low heat transfer resistance inside the copper rib is important. This can be seen from the critical pin temperature fluctuations from the center to the edge. By the high temperature in a large part of the catalyst bed, the CO conversion is expected to be greater than 90% and the methane selectivity is significantly higher than in the case of the short fin height. In this type of heat dissipation, the TF catalyst is expected to be rapidly deactivated and heat dissipation will continue to move downstream at many similar axial positions on the burning cigar. After burning out the FT catalyst, the overall conversion is low (less than 40% per pass at similar flow, temperature and pressure conditions) and the corresponding methane is high (greater than 10%).

상술한 예는 벽에 핀의 열접촉을 완전하게 하고 블록이 없거나 또는 낮은 유동 냉각액 채널을 갖는 냉각액 측에 유동 분산을 완전하게 할 것으로 추정된다. 조작 중 냉각액 측에 잠재적 파울링(fouling)으로 인해 조작적 결점 또는 제조 결점을 포용하도록 견고한 핀 높이가 바람직하게 1.3cm(0.5 inch)보다 작은 미립자 FT 촉매의 사용으로 실제 제조된 큰 스케일 리액터가 예견된다.It is believed that the above example completes the thermal contact of the fin to the wall and completes the flow dispersion on the side of the cooling fluid with no block or low flow cooling fluid channel. Large scale reactors actually produced with the use of particulate FT catalysts having a pin height of preferably less than 0.5 inch (1.3 cm) to accommodate operational flaws or manufacturing defects due to potential fouling on the coolant side during operation do.

..

Claims (21)

제1 금속 시트 및 제2 금속 시트를 갖는 라미네이트형 마이크로채널 조립체이며,
상기 각각의 시트는 길이 및 폭을 갖고, 상기 각각의 시트 길이 X 시트 폭으로 한정된 단면은 100 ㎠ 보다 크고,
상기 제1 및 제2 시트는 평탄하고,
상기 제1 시트는 평행 마이크로채널의 어레이를 구비하고, 상기 마이크로채널은 배리어 벽에 의해 서로로부터 이격되고,
상기 제1 시트 및 제2 시트는 인접하고,
상기 배리어 벽의 길이를 따르고 상기 제1 시트를 제2 시트에 접합하는 용접부를 포함하는, 마이크로채널 조립체.
A laminated microchannel assembly having a first metal sheet and a second metal sheet,
Each sheet having a length and a width, the cross-section defined by the respective sheet length X sheet width being greater than 100 cm2,
Wherein the first and second sheets are flat,
Said first sheet comprising an array of parallel microchannels, said microchannels being spaced from each other by barrier walls,
The first sheet and the second sheet being adjacent,
And a weld that follows the length of the barrier wall and bonds the first sheet to the second sheet.
제1항에 있어서, 상기 시트 길이 X 시트 폭에 의해 한정된 단면은 500 ㎠ 이상인, 마이크로채널 조립체.The microchannel assembly of claim 1, wherein the cross-sectional area defined by the sheet length X sheet width is 500 cm 2 or greater. 제1항에 있어서, 상기 용접부는 연속적인, 마이크로채널 조립체.2. The microchannel assembly of claim 1, wherein the weld is continuous. 제1항에 있어서, 상기 제2 시트 상의 용접부는 적어도 2.7 ㎝/㎠의 선형 밀도를 갖는, 마이크로채널 조립체.The microchannel assembly of claim 1, wherein the weld on the second sheet has a linear density of at least 2.7 cm / cm2. 제1항에 있어서, 상기 용접부는 0.015 ㎝ 이상의 폭을 갖는 레이저 용접부인, 마이크로채널 조립체.The microchannel assembly of claim 1, wherein the weld is a laser weld having a width of at least 0.015 cm. 라미네이트형 장치를 제조하는 방법이며,
제1 서브조립체 또는 제1 시트와 제2 서브조립체 또는 제2 시트를 제공하는 단계와,
용접된 단일 시트를 형성하도록 상기 제1 및 제2 시트의 용접 에지에 의해 조합된 서브조립체층을 형성하기 위해 제2 조립체의 에지에 제1 조립체의 에지를 용접하는 단계와, 상기 조합된 층 또는 용접된 단일 시트를 하나 이상의 층 또는 시트에 적층하는 단계와, 라미네이트형 장치를 형성하도록 적층된 층 또는 시트를 접합하는 단계를 포함하고,
상기 제1 서브조립체 또는 제1 시트는 채널의 제1 평행 어레이를 구비하고,
상기 제2 서브조립체 또는 제2 시트는 채널의 제2 평행 어레이를 구비하고,
제1 서브조립체 또는 제1 시트와 제2 서브조립체 또는 제2 시트 사이에는 교차점이 없는, 제조 방법.
A method of manufacturing a laminated device,
Providing a first subassembly or first sheet and a second subassembly or second sheet,
Welding an edge of a first assembly to an edge of a second assembly to form a subassembly layer combined by a welding edge of the first and second sheets to form a welded single sheet; Laminating a welded single sheet to one or more layers or sheets; and joining the laminated layers or sheets to form a laminated device,
The first subassembly or first sheet having a first parallel array of channels,
Said second subassembly or second sheet having a second parallel array of channels,
Wherein there is no intersection between the first subassembly or first sheet and the second subassembly or second sheet.
제6항에 있어서, 상기 채널의 제1 및 제2 평행 어레이는 공통의 헤더 또는 풋터를 공유할 수 있는, 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein the first and second parallel arrays of channels are capable of sharing a common header or footer. 제6항에 있어서, 상기 제1 조립체는 스팟 용접에 의해 제2 조립체에 용접되는, 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein the first assembly is welded to the second assembly by spot welding. 제6항에 있어서, 단일 시트 또는 서브조립체는 복수의 피스로 절단되고 연속하여 조립체를 형성하도록 함께 용접되는, 제조 방법.7. The method of claim 6 wherein the single sheet or subassembly is cut together into a plurality of pieces and welded together to form a continuous assembly. 제6항에 있어서, 상기 제1 서브조립체 또는 제1 시트는 제2 서브조립체 또는 제2 시트와 동일한 크기인, 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein the first subassembly or first sheet is the same size as the second subassembly or second sheet. 제6항에 있어서, 상기 에지를 함께 용접하기 전에 제1 서브조립체 또는 제1 시트를 평탄하게 하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.7. The method of claim 6, further comprising planarizing the first subassembly or first sheet prior to welding the edges together. 제6항의 방법에 의해 제조된 라미네이트형 장치.A laminate-like device produced by the method of claim 6. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 길이 및 폭 그리고 시트들을 갖는 라미네이트형 마이크로채널 장치이며, 상기 각 시트들은 상기 시트 길이 X 시트 폭으로 한정된 단면이 100 ㎠보다 크고, 0.05와 20 ㎝/㎠ 사이의 레이저 용접 접합부들의 선형 밀도를 갖는 용접 조립체를 상기 마이크로채널 장치 내의 시트 표면 섹션 위로 형성하도록 상부판에 접합되고, 이러한 섹션은 주요면의 인접 영역의 적어도 50%를 포함하고, 상기 주요면은 적층되어 접합된 시트에 의해 형성된 면이고, 상기 시트들은 금속시트인 라미네이트형 마이크로채널 장치.Wherein each sheet has a cross-sectional area defined by the sheet length X sheet width greater than 100 cm2 and having a linear density of laser welded joints between 0.05 and 20 cm / cm &lt; 2 &gt; An assembly is bonded to the top plate to form an assembly over a sheet surface section in the microchannel device, the section comprising at least 50% of the adjacent area of the major surface, the major surface being a surface formed by laminated and bonded sheets, Wherein the sheets are metal sheets. 제17항에 있어서, 상기 시트 길이 X 시트 폭으로 한정된 단면은 500 ㎠보다 크고, 0.05와 20 ㎝/㎠ 사이의 레이저 용접 접합부의 선형 밀도를 갖는 용접 조립체를 상기 마이크로채널 장치 내의 시트 표면 섹션 위로 형성하도록 상부판에 접합되고, 이러한 섹션은 주요면의 인접 영역의 100 %를 포함하는, 라미네이트형 마이크로채널 장치.18. The micro-channel device of claim 17, wherein the cross-sectional area defined by the sheet length X sheet width is greater than 500 cm &lt; 2 &gt;, and wherein a weld assembly having a linear density of laser welded joints between 0.05 and 20 cm / Wherein the section comprises 100% of the adjacent area of the major surface. 라미네이트형 조립체를 형성하는 방법이며,
상부 시트의 상부면과 바닥 시트의 바닥면 사이에 배치된 평행 마이크로채널들의 어레이를 형성하도록 바닥 시트에 상부 시트를 용접하는 단계를 포함하고, 상기 평행 마이크로채널들의 어레이에서의 채널들 사이에 밀봉부를 형성하는 데 용접이 사용되고,
상기 각각의 시트는 길이 및 폭을 갖고,
상기 각각의 시트 길이 X 시트 폭으로 한정된 단면은 100 ㎠ 보다 크고,
상기 평행 마이크로채널들은 배리어 벽에 의해 서로로부터 이격되는, 형성 방법.
A method of forming a laminate-type assembly,
Comprising the steps of: welding an upper sheet to a bottom sheet to form an array of parallel microchannels disposed between an upper surface of the upper sheet and a bottom surface of the bottom sheet, wherein a seal is provided between the channels in the array of parallel microchannels Welding is used to form,
Each sheet having a length and a width,
Wherein the cross-sectional area defined by the respective sheet length X sheet width is greater than 100 cm &
Wherein the parallel microchannels are spaced from each other by a barrier wall.
제19항에 있어서, 시트를 조립체로 접합시키는 방법은 2 개의 인접 내부 유동 마이크로채널들 사이를 밀봉하기 위한 레이저 용접 단계를 포함하는, 형성 방법.20. The method of claim 19, wherein the method of joining the sheet to the assembly comprises a laser welding step for sealing between two adjacent internal flow microchannels. 삭제delete
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